Was ist ein elektrisches Feld?

Ein elektrisches Feld kann als Einflussbereich eines elektrisch geladenen Objekts betrachtet werden. Alles, was eine elektrische Ladung hat, beeinflusst andere geladene Körper und wird von ihnen beeinflusst. Wenn zwei geladene Objekte ausreichend nahe beieinander platziert werden, wirkt auf jedes eine messbare Kraft. Das Feld ist theoretisch unendlich groß, aber seine Größe nimmt mit der Entfernung von der Quelle nach dem quadratischen Umkehrgesetz ab. Dies bedeutet, dass bei doppelter Entfernung die Feldstärke durch vier geteilt wird und bei dreifacher Entfernung die Stärke durch neun geteilt wird und so weiter; das Feld wird daher bei großen Entfernungen vernachlässigbar.

Da eine elektrische Ladung positiv oder negativ sein kann, ist das elektrische Feld ein Vektorfeld, das heißt, es hat sowohl eine Richtung als auch eine Größe. Zwei elektrisch geladene Objekte erfahren bei gleicher Ladung eine abstoßende Kraft und bei unterschiedlicher Ladung eine Anziehungskraft. Die Kraft, die ein geladenes Objekt in einem elektrischen Feld erfährt, kann als F = Gl berechnet werden, wobei F die Kraft in Newton, E das elektrische Feld in Volt pro Meter (v/m) und q die Ladung in Coulomb ist. Diese Gleichung kann umgestellt werden, um die Feldstärke E in Volt pro Meter zu erhalten: E = F/q. Diese Beispiele gelten für kleine, punktförmige Objekte; bei komplexeren oder mehrfach geladenen Körpern sind die Berechnungen komplizierter.

Die Richtung eines elektrischen Feldes ist definiert als die Richtung, in der die elektrische Kraft von einem positiv geladenen Objekt im Feld wahrgenommen wird. Somit würde das Feld von einer positiven Ladung weg und zu einer negativen Ladung zeigen, da sich gleiche Ladungen abstoßen und ungleiche Ladungen anziehen. Im Fall von zwei Körpern mit derselben Ladungsart würde jeder eine Kraft erfahren – berechenbar durch die Gleichung F = Gl – die vom anderen Objekt weg gerichtet ist. Umgekehrt würde bei zwei entgegengesetzt geladenen Körpern jeder eine Kraft erfahren, die auf das andere Objekt gerichtet ist.

Eine elektrische Feldlinie kann mit einem Pfeil gezeichnet werden, der von einer positiven Ladung weg und zu einer negativen Ladung zeigt. So würde ein positiv geladenes Objekt mit in alle Richtungen wegweisenden Feldlinien und ein negativ geladenes Objekt mit darauf konvergierenden Feldlinien abgebildet. Dies ist jedoch nur eine Konvention und bedeutet nicht, dass etwas Physisches in eine bestimmte Richtung weist.

Der oben beschriebene Begriff des elektrischen Feldes ist Teil der „klassischen“ Physik. Die klassische Beschreibung funktioniert gut für alltägliche Anwendungen, erklärt aber nicht, was eigentlich passiert, wenn sich geladene Objekte gegenseitig anziehen oder abstoßen. Ein Zweig der Quantentheorie, der als Quantenelektrodynamik (QED) bekannt ist, versucht dies in Bezug auf den Austausch von Photonen, den Trägern der elektromagnetischen Kraft, zu tun.