Elektrische Feldstärke: Definition, Formel und Beispiele

Die elektrische Feldstärke beschreibt, wie stark ein elektrisches Feld an einem bestimmten Ort auf eine elektrische Ladung wirkt. Sie ist eine zentrale Größe der Elektrotechnik und Physik – etwa bei Kondensatoren, elektrischen Geräten und der Untersuchung geladener Teilchen.

Was bedeutet elektrische Feldstärke?

Befindet sich eine elektrische Ladung in einem elektrischen Feld, wirkt auf sie eine Kraft. Die elektrische Feldstärke gibt an, wie groß diese Kraft pro Ladung ist. Sie wird üblicherweise mit dem Formelzeichen E bezeichnet.

Für eine Probeladung gilt:

E = F / q

• E ist die elektrische Feldstärke,
• F ist die elektrische Kraft auf die Ladung,
• q ist die elektrische Ladung.

Die SI-Einheit der elektrischen Feldstärke ist Newton pro Coulomb (N/C). Gleichwertig dazu ist Volt pro Meter (V/m).

Zusammenhang mit Spannung und Abstand

In einem gleichförmigen elektrischen Feld, wie es näherungsweise zwischen den Platten eines Kondensators entsteht, lässt sich die Feldstärke aus der Spannung und dem Abstand berechnen:

E = U / d

Dabei bezeichnet U die Spannung zwischen den Platten und d ihren Abstand. Je größer die Spannung oder je kleiner der Abstand ist, desto stärker ist das elektrische Feld.

Beispiel: Liegen zwischen zwei Platten 100 Volt an und beträgt ihr Abstand 0,02 Meter, ergibt sich eine Feldstärke von 5.000 V/m.

Richtung des elektrischen Feldes

Die elektrische Feldstärke ist eine gerichtete Größe. Ihre Richtung entspricht der Richtung der Kraft, die auf eine positive Probeladung wirken würde. Feldlinien zeigen diese Richtung an: Sie verlaufen von positiven zu negativen Ladungen. Wo die Feldlinien dichter beieinanderliegen, ist das Feld stärker.

Auf eine negative Ladung wirkt die Kraft entgegengesetzt zur Feldrichtung. Für die Kraft auf eine Ladung gilt allgemein:

F = q · E

Elektrische Feldstärke einer Punktladung

Das Feld einer einzelnen Punktladung nimmt mit zunehmendem Abstand ab. Für den Betrag der Feldstärke gilt im Vakuum:

E = (1 / 4πε₀) · |Q| / r²

Hier steht Q für die erzeugende Ladung, r für den Abstand zur Ladung und ε₀ für die elektrische Feldkonstante. Die Feldstärke sinkt mit dem Quadrat des Abstands: Verdoppelt sich der Abstand, beträgt sie nur noch ein Viertel.

Wo spielt die Feldstärke eine Rolle?

Die elektrische Feldstärke ist für viele technische und alltägliche Anwendungen wichtig. Sie hilft beispielsweise dabei, Kondensatoren zu berechnen, Isolierungen auszulegen und das Verhalten von Ladungen in elektronischen Bauteilen zu verstehen. Auch bei Gewittern entstehen starke elektrische Felder, die zum Durchschlag der Luft und damit zu einem Blitz führen können.

Feldstärke und Spannung sind nicht dasselbe

Spannung und elektrische Feldstärke hängen zusammen, beschreiben aber unterschiedliche Eigenschaften. Die Spannung gibt die elektrische Energie pro Ladung zwischen zwei Punkten an. Die Feldstärke beschreibt dagegen, wie stark das Feld an einem bestimmten Ort ist. Bei einem gleichförmigen Feld sind Spannung und Feldstärke über den Abstand miteinander verknüpft; bei ungleichförmigen Feldern ist die Beziehung komplexer.

Zusammenfassung

Die elektrische Feldstärke gibt die Kraft pro Ladung in einem elektrischen Feld an. Ihre Einheit ist N/C beziehungsweise V/m. Sie hängt davon ab, welche Ladungen das Feld erzeugen und wie weit man sich von ihnen entfernt. Das Verständnis dieser Größe ist grundlegend für zahlreiche Themen der Physik und Elektrotechnik.

 

Häufig gestellte Fragen zur Elektrischen Feldstärke: Antworten auf die 8 wichtigsten Fragen

1. Was ist die elektrische Feldstärke?
2. Wie lautet die Formel für die elektrische Feldstärke?
3. Welche Einheit hat die elektrische Feldstärke?
4. Wie berechnet man die elektrische Feldstärke aus Spannung und Abstand?
5. Was ist der Unterschied zwischen elektrischer Feldstärke und Spannung?
6. In welche Richtung zeigt die elektrische Feldstärke?
7. Wie hängt die Feldstärke einer Punktladung vom Abstand ab?
8. Wie lässt sich die elektrische Feldstärke messen?

Was ist die elektrische Feldstärke?

Die elektrische Feldstärke gibt an, wie stark ein elektrisches Feld auf eine elektrische Ladung wirkt. Sie ist definiert als die Kraft, die auf eine positive Probeladung ausgeübt wird, geteilt durch deren Ladung: E = F / q. Ihre Einheit ist Newton pro Coulomb (N/C), gleichbedeutend mit Volt pro Meter (V/m). Je größer die Feldstärke, desto größer ist die Kraft auf eine Ladung im Feld.

Wie lautet die Formel für die elektrische Feldstärke?

Die elektrische Feldstärke berechnet sich grundsätzlich mit der Formel E = F / q: Dabei ist E die Feldstärke, F die elektrische Kraft auf eine Ladung und q deren Größe. In einem gleichförmigen Feld, etwa zwischen den Platten eines Kondensators, gilt außerdem E = U / d, wobei U die Spannung und d den Abstand zwischen den Platten bezeichnet. Die Einheit der Feldstärke ist Volt pro Meter (V/m) oder gleichwertig Newton pro Coulomb (N/C).

Welche Einheit hat die elektrische Feldstärke?

Die elektrische Feldstärke wird in Volt pro Meter (V/m) angegeben. Gleichwertig ist die Einheit Newton pro Coulomb (N/C), denn sie beschreibt die Kraft, die auf eine elektrische Ladung wirkt, geteilt durch die Größe dieser Ladung.

Wie berechnet man die elektrische Feldstärke aus Spannung und Abstand?

Die elektrische Feldstärke berechnet man in einem gleichförmigen elektrischen Feld mit der Formel E = U / d: Dabei ist E die Feldstärke in Volt pro Meter (V/m), U die Spannung in Volt (V) und d der Abstand in Metern (m). Beispielsweise ergibt eine Spannung von 100 V zwischen zwei Platten mit 0,02 m Abstand eine Feldstärke von 5.000 V/m.

Was ist der Unterschied zwischen elektrischer Feldstärke und Spannung?

Die elektrische Feldstärke beschreibt, wie stark ein elektrisches Feld an einem bestimmten Ort auf eine Ladung wirkt – sie entspricht der Kraft pro Ladung und wird in Volt pro Meter (V/m) angegeben. Die Spannung beschreibt dagegen den Unterschied im elektrischen Potenzial zwischen zwei Punkten und wird in Volt (V) gemessen. Anschaulich gibt die Feldstärke an, wie schnell sich das elektrische Potenzial über eine bestimmte Strecke ändert. In einem gleichförmigen Feld gilt: E = U/d, wobei U die Spannung und d den Abstand zwischen den betrachteten Punkten bezeichnet.

In welche Richtung zeigt die elektrische Feldstärke?

Die elektrische Feldstärke zeigt in die Richtung, in die eine positive Probeladung im elektrischen Feld gedrückt würde. Bei einer positiven Ladung als Feldquelle weist sie von der Ladung weg, bei einer negativen Ladung zeigt sie auf die Ladung zu. Feldlinien veranschaulichen diese Richtung: Sie verlaufen grundsätzlich von positiven zu negativen Ladungen.

Wie hängt die Feldstärke einer Punktladung vom Abstand ab?

Die elektrische Feldstärke einer Punktladung nimmt mit dem Quadrat des Abstands ab: Es gilt \(E = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\frac{|Q|}{r^2}\), wobei \(Q\) die Ladung und \(r\) der Abstand zur Ladung ist. Verdoppelt sich der Abstand, sinkt die Feldstärke auf ein Viertel; bei dreifachem Abstand beträgt sie nur noch ein Neuntel.

Wie lässt sich die elektrische Feldstärke messen?

Die elektrische Feldstärke lässt sich mit einem geeigneten Feldstärkemessgerät bestimmen, etwa einem Elektrofeldmeter oder einer Feldmühle. Solche Geräte erfassen die Wirkung des elektrischen Feldes auf Ladungen oder messen die dadurch hervorgerufene Spannung. In einem gleichförmigen Feld kann die Feldstärke außerdem berechnet werden, indem man die Spannung zwischen zwei Punkten durch ihren Abstand teilt: E = U/d. Die Einheit ist Volt pro Meter (V/m).