3.

Elektrisches Feld

Die elektrische Kraft hat der britische Physiker Michael Faraday im frühen 19. Jahrhundert mit so genannten Feldlinien gedeutet und damit den Begriff des elektrischen Feldes eingeführt. Diese Feldlinien muss man sich rein gedanklich vorstellen; sie sind nicht materieller Natur. In der Sprache des elektrischen Feldes erzeugt ein geladener Körper ein elektrisches Feld (sein Coulombfeld), und dieses Feld übt eine Kraft auf einen anderen geladenen Körper aus. Letzterer hat aber auch sein Coulombfeld und wirkt entsprechend auf den ersten Körper. Elektrische Felder können nur durch ihre Wirkung auf geladene Materie gemessen werden. Da aber jede Ladung selbst ein Feld besitzt, wird das zu messende Feld durch die Ladungen, auf die es wirken soll verändert. Elektrische Felder addieren sich in ihrer Stärke, wobei das Feldlinienbild kompliziert wird. Daher achten Forscher bei ihren Experimenten darauf, dass die verwendeten Probeladungen, mit denen sie elektrische Felder untersuchen, möglichst klein sind.

Bringt man Materie in das Feld zweier unterschiedlich geladener Körper (z. B. eines Plattenkondensators), dann ergibt sich in der Materie eine Ausrichtung der Atome in Form von Dipolen: Die positiv geladenen Atomkerne und die negativ geladenen Elektronen bevorzugen eine Stellung, in der der Atomkern dem negativ geladenen Körper näher kommt, während die Elektronen die Nähe des positiv geladenen Körpers bevorzugen. (Eine derartige Konstellation von Ladungen nennt man Dipol.) Der dahinter stehende physikalische Effekt wird als Polarisation und die polarisierte Materie als Dielektrikum bezeichnet. Befinden sich in einem Material frei bewegliche Ladungsträger, wie es bei so genannten Leitern (z. B. Kupfer) der Fall ist, werden diese Ladungen durch ein elektrisches Feld getrennt. Dieser Vorgang wird in der Physik als Influenz bezeichnet. Durch Influenz lassen sich mit geladenen Körpern ohne Berührung geladene Körper herstellen, indem man die durch Influenz entstandene Ladungstrennung in einem Stück Materie (z. B. zwei zusammengehaltene Metallplatten) durch eine nachträgliche mechanische Trennung der Materie sichert. Die Platten werden hierzu im Feld voneinander getrennt, so dass die Platte, die dem positiv geladenen Körper am nächsten war, einen Elektronenüberschuss aufweist, also negativ geladen ist. Die andere Platte ist dann positiv geladen. Ebenso beruht die Wirkung eines Faraday’schen Käfigs auf dem Phänomen der Influenz. Sie bewirkt, dass das Innere eines von einem Leitermantel umgebenen Hohlraumes feldfrei bleibt. Aus diesem Grund ist man bei Gewitter bestens in einem Auto aufgehoben.