Kraftfeld (Physik)

Ein Kraftfeld im physikalischen Sinne ist ein Raumbereich, in dem auf einen Probekörper eine Kraft $\vec{F}$ wirkt. Die Kraft hängt vom Ort und mindestens von einer physikalischen Eigenschaft des Probekörpers ab. Sie wird durch ihren Betrag und ihre Richtung beschrieben. Mathematisch handelt es sich beim Kraftfeld also um eine vektorwertige Funktion des Orts, geschrieben $\vec{F}=\vec{F}(\vec r)$ .  Der Schnitt eines solchen Vektorfeldes mit einer Ebene kann mit Hilfe von Feldlinien bildlich dargestellt werden.

Beispiele

Aus einem elektrischen Feld erhält man durch Multiplikation der elektrischen Feldstärke mit der elektrischen Ladung des Probekörpers ein Kraftfeld. Analog erhält man aus einem Schwerefeld durch Multiplikation der Schwerebeschleunigung mit der Masse des Probekörpers die Gewichtskraft. Magnetische Ladungen gibt es dagegen nicht. Geeignete Probekörper für ein Magnetfeld sind ein magnetischer Dipol oder eine bewegte elektrische Ladung.

Wird der Probekörper im Kraftfeld entlang eines Weges s von A nach B bewegt, wird dabei die Arbeit

$W=\int_A^B \vec{F}(\vec{r})\cdot\mathrm{d}\vec{r}$

verrichtet. Wird es entlang eines anderen Weges s' wieder von B zurück nach A bewegt, ist die dabei verrichtete Arbeit W' für konservative Kraftfelder gleich -W, kann aber für Kraftfelder, die wie das Magnetfeld kein Gradient eines Potentials sind, davon abweichen.

Im einfachsten Fall ist das Kraftfeld homogen, die Kraft also an allen Orten gleich. Dies stellt eine Idealisierung dar, die zum Beispiel für das Gravitationsfeld in der Nähe der Erdoberfläche, oder das elektrische Feld zwischen zwei Kondensatorplatten eine sinnvolle Näherung ist.