Elektrische Feldstärke

Physikalische Größe
Name	Elektrische Feldstärke
Formelzeichen der Größe	$\vec{E}$
Größen- und Einheiten- system Einheit Dimension SI V·m−1 M·L·I−1·T−3 CGS g1/2·cm−1/2·s−1 M1/2·L−1/2·T−1

Die elektrische Feldstärke beschreibt als physikalische Größe im Bereich der Elektrostatik und in der Elektrodynamik die Stärke des elektrischen Feldes.

Die elektrische Feldstärke ist eine vektorielle Größe, die jedem Punkt des Raumes eindeutig einen bestimmten Betrag und eine bestimmte Richtung des elektrischen Feldes zuordnet. Sie beschreibt die Fähigkeit des elektrischen Feldes, Kraft auf Ladungen auszuüben, und ist in einem gegebenen Punkt definiert durch

$\vec{E}=\underset{q\to 0}{\mathop{\lim }}\,\frac{{\vec{F}}}{q}$

q steht für eine kleine Probeladung, die sich am gegebenen Punkt befindet. $\vec{F}$ ist die auf diese Probeladung wirkende Kraft. Diese Definition ist wegen der Proportionalität von Kraft und Ladung sinnvoll. Der Grenzwert beschreibt die reale physikalische Existenz der elektrischen Feldstärke, auch wenn die Probeladung entfernt wird bzw. gegen Null geht.

Einheit

Die SI-Einheit der elektrischen Feldstärke $\vec {E}$ ist Newton pro Coulomb oder Volt pro Meter. Es gilt:

$\mathrm{\frac{N}{C} = \frac{W\,s}{A\,s} \cdot \frac{1}{m} = \frac{V}{m}}$

bzw.

$\mathrm{\frac{N}{C} = \frac{N}{\frac{J}{V}} = \frac{N\,\cdot\,V}{N\,m}}$

oder

$\mathrm{\frac{N}{C} = \frac{J}{m\,C}}$

Zusammenhang mit der elektrischen Flussdichte

Ebenfalls zur Beschreibung des elektrischen Feldes verwendet wird die elektrische Flussdichte $\vec{D}$, früher auch als Verschiebungsdichte bezeichnet, die über die Materialgleichung mit der elektrischen Feldstärke $\vec{E}$ verknüpft ist. Es gilt die Beziehung

$\vec{D} = \varepsilon_0 \, \varepsilon_r \vec{E}$

mit der elektrischen Feldkonstanten ε₀ und der relativen Permittivität $\varepsilon_r$.

Zusammenhang mit dem Potential

In vielen Fällen lässt sich die elektrische Feldstärke über das zugehörige Potential berechnen. Im Rahmen der Elektrostatik ist die elektrische Feldstärke gleich dem negativen Gradienten des (skalaren) elektrischen Potentials Φ:

$\vec{E}(\vec{r}) = -\nabla\Phi(\vec{r})$

Die entsprechende allgemeinere Gleichung der Elektrodynamik berücksichtigt auch das Vektorpotential $\vec{A}$ und die Zeitabhängigkeit:

$\vec{E}(\vec{r},t) = -\nabla\Phi(\vec{r},t) - \frac{\partial}{\partial t}\vec{A}(\vec{r},t)$

Literatur

• Adolf J. Schwab: Begriffswelt der Feldtheorie: Praxisnahe, anschauliche Einführung. Elektromagnetische Felder, Maxwellsche Gleichungen, Gradient, Rotation, Divergenz. 6. Auflage. Springer, Berlin 2002, ISBN 3-540-42018-5.

Weblinks

•  Wikibooks: Einführung in die Theoretische Physik – Ein Lehrbuch in mehreren Bänden, 8. Teil Elektrostatik – Lern- und Lehrmaterialien