Elektrisches Feld
Aufgabenstellung
Die folgende Abbildung zeigt elektrische Feldlinienbilder einer einzelnen Punktladung (links), zweier Punktladungen (Mitte) sowie eines Plattenkondensators (rechts):
Blaue Punkte / Flächen stehen dabei jeweils für Ladungen beziehungsweise geladene Körper. Die grünen Kreise markieren bestimmte Positionen für die nachfolgenden Aussagen.
Die nachfolgenden Aussagen beziehen sich auf die obigen Darstellungen. Beurteilen Sie deren Richtigkeit.
| Aussage | Richtig | Falsch |
|---|---|---|
| Die Punktladung in der linken Darstellung ist negativ. | ||
| Die beiden Punktladungen in der mittleren Darstellung tragen entgegengesetzte Vorzeichen. | ||
| Im Zentrum des Plattenkondensators liegt ein homogenes Feld vor. | ||
| Platziert man an Position 1 eine positive Probeladung, so wirkt auf diese eine Kraft nach oben (d.h. in Richtung oberer Bildrand). | ||
| Da sich Position 2 genau mittig zwischen den beiden Punktladungen befindet, erfährt eine dort befindliche Probeladung keine Kraftwirkung. | ||
| Da an Position 3 die Feldlinien parallel verlaufen, erfährt eine dort befindliche Probeladung keine Kraftwirkung. | ||
| An allen drei markierten Positionen (grüne Kreise) erfährt ein geladenes Teilchen eine Kraftwirkung. | ||
| Platziert man ein geladenes Teilchen exakt auf einer der dargestellten Feldlinien, so wird es sich immer auf dieser Feldlinie weiterbewegen, bis es das Ende der Feldlinie erreicht. Je nach Ladung des Teilchens erfolgt die Bewegung entweder in Pfeilrichtung oder entgegengesetzt. | ||
| Die obere Platte des Plattenkondensators ist negativ geladen. | ||
| Im Innenbereich des Plattenkondensators (zwischen den Platten) liegt eine deutlich höhere elektrische Feldstärke vor als im Außenbereich (oberhalb und unterhalb der Platten). |
Bildquellen: Geek3, VFPt capacitor-square-plate, abgewandelt von Herbert Schletter, CC BY-SA 4.0; Geek3, VFPt charges plus minus, abgewandelt von Herbert Schletter, CC BY-SA 3.0; Geek3, VFPt plus, abgewandelt von Herbert Schletter, CC BY-SA 3.0
Lösung
Grundsätzlich gilt für elektrische Feldlinienbilder:
- Die Pfeilrichtung entspricht der Richtung der Kraft auf eine positive Probeladung.
- Die Dichte der Feldlinien widerspiegelt den Betrag der Feldstärke: eine hohe Feldliniendichte entspricht einer großen Feldstärke.
Damit ergibt sich für die einzelnen Aussagen:
- Die Punktladung in der linken Darstellung ist negativ.
- Falsch: Da positive Probeladungen abgestoßen werden (siehe Pfeilrichtung), muss es sich um eine positive Ladung handeln.
- Die beiden Punktladungen in der mittleren Darstellung tragen entgegengesetzte Vorzeichen.
- Richtig: Die Feldlinien führen von der linken Ladung weg und zur rechten Ladung hin.
- Im Zentrum des Plattenkondensators liegt ein homogenes Feld vor.
- Richtig: Die Feldlinien verlaufen dort parallel (gleiche Richtung des Felds) und in gleichen Abständen (konstanter Betrag der Feldstärke).
- Platziert man an Position 1 eine positive Probeladung, so wirkt auf diese eine Kraft nach oben (d.h. in Richtung oberer Bildrand).
- Richtig: Die Pfeilrichtung gibt die Richtung der Kraft auf eine positive Probeladung an. An Position 1 entspricht dies der Richtung zum oberen Bildrand.
- Da sich Position 2 genau mittig zwischen den beiden Punktladungen befindet, erfährt eine dort befindliche Probeladung keine Kraftwirkung.
- Falsch: In diesem Bereich ist die Feldliniendichte dieser Ladungsanordnung am größten. Folglich ist dort auch die wirkende Kraft maximal.
- Da an Position 3 die Feldlinien parallel verlaufen, erfährt eine dort befindliche Probeladung keine Kraftwirkung.
- Falsch: In jedem Bereich, der von Feldlinien durchsetzt ist, liegt auch eine Kraftwirkung auf Probeladungen vor.
- An allen drei markierten Positionen (grüne Kreise) erfährt ein geladenes Teilchen eine Kraftwirkung.
- Richtig: An allen drei Positionen liegt ein elektrisches Feld vor. Innerhalb eines elektrischen Felds erfahren geladene Teilchen grundsätzlich eine Kraftwirkung.
- Platziert man ein geladenes Teilchen exakt auf einer der dargestellten Feldlinien, so wird es sich immer auf dieser Feldlinie weiterbewegen, bis es das Ende der Feldlinie erreicht. Je nach Ladung des Teilchens erfolgt die Bewegung entweder in Pfeilrichtung oder entgegengesetzt.
- Falsch: Die Feldlinien widerspiegeln die Richtung der Karft auf ein geladenes Teilchen und damit die Beschleunigung, die dieses Teilchen erfährt. Sie stellen jedoch keine Bahnkurve dar.
- Die obere Platte des Plattenkondensators ist negativ geladen.
- Falsch: Da Fedlinien die Kraftrichtung auf ein positiv geladenes Teilchen zeigen, weisen sie von positiven Ladungen weg und zu negativen Ladungen hin. Die obere Platte des Plattenkondensators ist folglich positiv geladen.
- Im Innenbereich des Plattenkondensators (zwischen den Platten) liegt eine deutlich höhere elektrische Feldstärke vor als im Außenbereich (oberhalb und unterhalb der Platten).
- Richtig: Die höhere Dichte der Feldlinien im Innenbereich zeigt einen größeren Betrag der elektrischen Feldstärke an.