Was ist ein elektrisches Feld?

Wir hängen eine geladene Patronenhülse an einen Faden und bringen einen elektrifizierten Glasstab dazu. Auch ohne direkten Kontakt weicht die Hülse auf dem Faden von der vertikalen Position ab und wird von der Stange angezogen (Abb. 13).

Geladene Körper können, wie wir sehen, aus der Ferne miteinander interagieren. Wie wird die Aktion von einem dieser Körper auf einen anderen übertragen? Vielleicht liegt es an der Luft zwischen ihnen? Lassen Sie uns durch Erfahrung herausfinden.

Lassen Sie uns ein geladenes Elektroskop (mit entfernter Brille) unter die Glocke der Luftpumpe stellen, danach pumpen wir Luft darunter heraus. Wir werden sehen, dass sich die Blätter des Elektroskops auch im luftleeren Raum abstoßen (Abb. 14). Das bedeutet, dass Luft nicht an der Übertragung der elektrischen Wechselwirkung teilnimmt. Dann verwirklicht sich mit Hilfe dessen die immer gleiche Wechselwirkung der geladenen Körper? Die Antwort auf diese Frage wurde in ihren Arbeiten von den englischen Wissenschaftlern M. Faraday (1791-1867) und J. Maxwell (1831-1879) gegeben.

Nach den Lehren von Faraday und Maxwell unterscheidet sich der Raum um einen geladenen Körper von dem Raum um einen nicht elektrifizierten Körper. Um geladene Körper herrscht ein elektrisches Feld. Mit Hilfe dieses Feldes wird eine elektrische Wechselwirkung durchgeführt.

Elektrisch Feld ist eine besondere Art von Materie, die sich von Materie unterscheidet und um alle geladenen Körper herum existiert.

Es ist unmöglich, es zu sehen oder zu berühren. Die Existenz eines elektrischen Feldes kann nur anhand seiner Wirkung beurteilt werden.

Grundlegende Eigenschaften des elektrischen Feldes

Einfache Experimente ermöglichen die Feststellung grundlegende Eigenschaften des elektrischen Feldes.

1. Das elektrische Feld eines geladenen Körpers wirkt mit einer gewissen Kraft auf jeden anderen geladenen Körper, der sich in diesem Feld befindet..

Dies wird durch alle Experimente zur Wechselwirkung geladener Körper belegt. So wurde beispielsweise eine geladene Hülse, die sich im elektrischen Feld eines elektrifizierten Stabes befand (siehe Abb. 13), einer anziehenden Kraft ausgesetzt.

2. In der Nähe geladener Körper ist das von ihnen erzeugte Feld stärker und viel schwächer.

Um dies zu überprüfen, wenden wir uns wieder dem Versuch mit einer geladenen Patronenhülse zu (siehe Abb. 13). Beginnen wir damit, den Ständer mit der Patronenhülse näher an den geladenen Zauberstab zu bringen. Wir werden sehen, dass der Abweichungswinkel des Fadens von der Vertikalen immer größer wird, wenn sich die Hülse dem Stick nähert (Abb. 15). Eine Vergrößerung dieses Winkels zeigt an, dass je näher die Hülse an der Quelle des elektrischen Felds (einem elektrifizierten Stab) ist, desto mehr Kraft wirkt dieses Feld auf sie. Das bedeutet, dass das von ihm erzeugte Feld in der Nähe eines geladenen Körpers stärker ist als in der Ferne.

Dabei ist zu beachten, dass nicht nur ein geladener Stab mit seinem elektrischen Feld auf eine geladene Hülse wirkt, sondern die Hülse wiederum mit ihrem elektrischen Feld auf einen Stab wirkt. In einer solchen gegenseitigen Aktion aufeinander und manifestiert sich elektrische Wechselwirkung aufgeladene Körper.

Das elektrische Feld zeigt sich auch in Experimenten mit Dielektrika. Wenn ein Dielektrikum in ein elektrisches Feld gebracht wird, werden die positiv geladenen Teile seiner Moleküle (Atomkerne) unter der Einwirkung des Feldes in eine Richtung und die negativ geladenen Teile (Elektronen) in die andere Richtung verschoben. Dieses Phänomen heißt dielektrische Polarisation. Es ist die Polarisation, die die einfachsten Experimente zur Anziehung leichter Papierstücke durch einen elektrifizierten Körper erklärt. Diese Stücke sind im Allgemeinen neutral. Im elektrischen Feld eines elektrifizierten Körpers (z. B. eines Glasstabs) sind sie jedoch polarisiert. Auf der Oberfläche des Stücks, das näher am Stab liegt, erscheint eine Ladung mit entgegengesetztem Vorzeichen zur Ladung des Stabs. Die Interaktion mit ihm führt zur Anziehung von Papierstücken zum elektrifizierten Körper.

elektrische Kraft

Die Kraft, mit der ein elektrisches Feld auf einen geladenen Körper (oder Teilchen) wirkt, wird als bezeichnet elektrische Kraft:

Fel- elektrische Kraft.

Unter der Wirkung dieser Kraft erfährt ein Teilchen in einem elektrischen Feld eine Beschleunigung a, die mit dem zweiten Newtonschen Gesetz bestimmt werden kann:

wo m ist die Masse des gegebenen Teilchens.

Seit der Zeit von Faraday ist es für eine grafische Darstellung eines elektrischen Felds üblich, es zu verwenden Kraftlinien.

Elektrische Feldlinien sind Linien, die die Richtung der Kraft angeben, die in diesem Feld auf ein darin platziertes positiv geladenes Teilchen wirkt. Die Kraftlinien des von einem positiv geladenen Körper erzeugten Feldes sind in Abbildung 16 a dargestellt. Abbildung 16, b zeigt die Kraftlinien des Feldes, das von einem negativ geladenen Körper erzeugt wird.

Ein ähnliches Bild kann mit einem einfachen Gerät namens beobachtet werden elektrischer Sultan. Nachdem wir ihn über die Ladung informiert haben, werden wir sehen, wie sich alle seine Papierstreifen in verschiedene Richtungen ausbreiten und sich entlang der Kraftlinien des elektrischen Felds befinden (Abb. 17).

Wenn ein geladenes Teilchen in ein elektrisches Feld eintritt, kann seine Geschwindigkeit in diesem Feld entweder zunehmen oder abnehmen. Wenn die Teilchenladung q > 0 ist, wird sie beim Bewegen entlang der Kraftlinien beschleunigt und beim Bewegen in die entgegengesetzte Richtung verlangsamt. Wenn die Teilchenladung q<0, то все будет наоборот ее скорость будет уменьшаться при движении в направлении силовых линий и увеличиваться при движении в противоположном направлении.

Es ist interessant zu wissen

Aus dem heutigen Thema über das elektrische Feld haben wir gelernt, dass es im Raum um die elektrische Ladung herum existiert.

Sehen wir uns an, wie dieses elektrische Feld mit Hilfe von Kraftlinien mit einer Richtung graphisch dargestellt werden kann:

Es wird Sie wahrscheinlich interessieren, dass in unserer Atmosphäre elektrische Felder unterschiedlicher Stärke wirken. Wenn wir das elektrische Feld aus der Sicht des Universums betrachten, dann hat die Erde normalerweise eine negative Ladung, aber der Boden der Wolken ist positiv. Und solche geladenen Teilchen wie Ionen sind in der Luft enthalten und ihr Gehalt variiert in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren. Diese Faktoren hängen sowohl von der Jahreszeit als auch von den Wetterbedingungen und der Frequenz der Atmosphäre ab.

Und da die Atmosphäre von diesen Partikeln durchdrungen ist, die sich in ständiger Bewegung befinden und durch Veränderungen entweder in positive oder negative Ionen gekennzeichnet sind, neigen dazu, das Wohlbefinden und die Gesundheit eines Menschen zu beeinträchtigen. Und das Interessanteste ist, dass ein großes Übergewicht positiver Ionen in der Atmosphäre zu Beschwerden in unserem Körper führen kann.

Die biologische Wirkung des elektromagnetischen Feldes

Lassen Sie uns nun über die biologische Wirkung von EMF auf die menschliche Gesundheit und ihre Auswirkungen auf lebende Organismen sprechen. Es stellt sich heraus, dass lebende Organismen, die sich in der Einflusszone des elektromagnetischen Feldes befinden, starken Einflussfaktoren unterliegen.

Ein längerer Aufenthalt im Bereich des elektromagnetischen Feldes wirkt sich negativ auf die Gesundheit und das Wohlbefinden einer Person aus. So kann beispielsweise bei einer Person mit allergischen Erkrankungen eine solche EMF-Exposition einen epileptischen Anfall verursachen. Und hält sich ein Mensch längere Zeit in einem elektromagnetischen Feld auf, können nicht nur Erkrankungen des Herz-Kreislauf- und Nervensystems entstehen, sondern auch onkologische Erkrankungen hervorrufen.

Wissenschaftler haben nachgewiesen, dass bei starker Einwirkung des elektrischen Feldes auch bei Insekten Verhaltensänderungen zu beobachten sind. Diese negativen Auswirkungen können sich in Form von Aggression, Angst und verminderter Leistungsfähigkeit äußern.

Unter einem solchen Einfluss kann auch bei Pflanzen eine abnormale Entwicklung beobachtet werden. Unter dem Einfluss eines elektromagnetischen Feldes in Pflanzen können sich Größe, Form und Anzahl der Blütenblätter verändern.

Interessante Fakten rund um Strom

Entdeckungen auf dem Gebiet der Elektrizität gehören zu den wichtigsten Errungenschaften der Menschheit, denn das moderne Leben ist ohne diese Entdeckung mittlerweile nicht mehr wegzudenken.

Wussten Sie, dass es in einigen Teilen Afrikas und Südamerikas Dörfer gibt, in denen es noch keinen Strom gibt? Und wissen Sie, wie Menschen aus dieser Situation herauskommen? Es stellt sich heraus, dass sie ihre Häuser mit Hilfe von Insekten wie Glühwürmchen beleuchten. Sie füllen Gläser mit diesen Insekten und bekommen Licht mit Hilfe von Glühwürmchen.

Wissen Sie von der Fähigkeit der Bienen, während des Fluges eine positive elektrische Ladung anzusammeln? Aber Blumen haben eine negative elektrische Ladung und aufgrund dessen wird ihr Pollen selbst vom Körper der Biene angezogen. Das Interessanteste ist jedoch, dass das Feld eines solchen Kontakts zwischen einer Biene und einer Blume das elektrische Feld der Pflanze verändert und anderen Bienenindividuen sozusagen ein Signal über das Fehlen von Pollen auf dieser Pflanze gibt.

Aber in der Welt der Fische sind Stachelrochen die berühmtesten elektrischen Jäger. Um seine Beute zu neutralisieren, lähmt der Stachelrochen sie mit elektrischen Entladungen.

Wussten Sie, dass Zitteraale die stärkste elektrische Entladung haben? Diese Süßwasserfische haben eine Entladespannung, die 800 V erreichen kann.

Hausaufgaben

1. Was ist ein elektrisches Feld?
2. Was ist der Unterschied zwischen einem Feld und einer Substanz?
3. Nennen Sie die wichtigsten Eigenschaften des elektrischen Feldes.
4. Was zeigen die elektrischen Feldlinien an?
5. Wie ist die Beschleunigung eines geladenen Teilchens, das sich in einem elektrischen Feld bewegt?
6. In welchem ​​Fall erhöht das elektrische Feld die Geschwindigkeit des Teilchens und in welchem ​​Fall verringert es sie?
7. Warum werden neutrale Papierstücke von einem elektrifizierten Körper angezogen?
8. Erklären Sie, warum nach dem Aufladen des elektrischen Sultans seine Papierstreifen in verschiedene Richtungen auseinanderlaufen.

Experimentelle Aufgabe.

Elektrisieren Sie den Kamm auf den Haaren und berühren Sie ihn dann mit einem kleinen Stück Watte (Flusen). Was passiert mit der Baumwolle? Schütteln Sie den Flaum vom Kamm und lassen Sie ihn, wenn er in der Luft ist, auf der gleichen Höhe aufsteigen, indem Sie ihn in einiger Entfernung durch einen elektrifizierten Kamm von unten ersetzen. Warum hört der Flaum auf zu fallen? Was hält sie in der Luft?

S.V. Gromow, I.A. Heimat, Physik Klasse 9

Um eine Ladung oder einen geladenen Körper im Raum entsteht ein elektrisches Feld. In diesem Feld wird jede Ladung durch die elektrostatische Coulomb-Kraft beeinflusst. Ein Feld ist eine Form von Materie, die Kraftwechselwirkungen zwischen makroskopischen Körpern oder Teilchen, aus denen eine Substanz besteht, überträgt. In einem elektrostatischen Feld findet die Kraftwechselwirkung geladener Körper statt. Ein elektrostatisches Feld - ein stationäres elektrisches Feld, ist ein Sonderfall eines elektrischen Feldes, das durch stationäre Ladungen erzeugt wird.

Das elektrische Feld ist an jedem Punkt im Raum durch zwei Eigenschaften gekennzeichnet: Kraft - der Vektor der elektrischen Intensität und Energie - Potential, das eine skalare Größe ist. Die Stärke eines bestimmten Punktes des elektrischen Feldes ist eine vektorielle physikalische Größe, die numerisch gleich ist und in der Richtung mit der Kraft zusammenfällt, die vom Feld auf eine positive Einheitsladung wirkt, die an dem betrachteten Punkt des Feldes platziert ist:

Die Kraftlinie des elektrischen Feldes ist die Linie, deren Tangenten an jedem Punkt die Richtungen der Intensitätsvektoren der entsprechenden Punkte des elektrischen Feldes bestimmen. Die Anzahl 0 der Kraftlinien, die durch eine Einheitsfläche senkrecht zu diesen Linien verlaufen, ist numerisch gleich der Größe des elektrischen Feldstärkevektors in der Mitte dieser Fläche. Die Linien der elektrostatischen Feldstärke beginnen bei einer positiven Ladung und gehen für das durch diese Ladung erzeugte Feld ins Unendliche. Bei einem durch eine negative Ladung erzeugten Feld verlaufen Kraftlinien von unendlich zur Ladung.

Das Potential des elektrostatischen Feldes an einem bestimmten Punkt ist ein Skalarwert, der numerisch gleich der potentiellen Energie einer einzelnen positiven Ladung ist, die an einem bestimmten Punkt des Feldes platziert wird:

Die Arbeit, die die Kräfte des elektrostatischen Feldes beim Bewegen einer elektrischen Punktladung verrichten, ist gleich dem Produkt dieser Ladung und der Potentialdifferenz zwischen den Start- und Endpunkten des Weges:

wo und sind die Potentiale der Anfangs- und Endpunkte des Feldes, wenn sich die Ladung bewegt.

Die Intensität steht in Beziehung zum Potential des elektrostatischen Feldes durch die Beziehung:

Der Potentialgradient gibt die Richtung der schnellsten Potentialänderung an, wenn man sich senkrecht zur Oberfläche gleichen Potentials bewegt.

Die Feldstärke ist numerisch gleich der Potentialänderung pro Längeneinheit , gezählt in der Richtung senkrecht zur Oberfläche gleichen Potentials und gerichtet in Richtung ihrer Abnahme (Minuszeichen):

Der Ort von Punkten des elektrischen Feldes, deren Potentiale gleich sind, wird Äquipotentialfläche oder Fläche gleichen Potentials genannt. Der Intensitätsvektor jedes Punktes des elektrischen Feldes steht senkrecht auf der durch diesen Punkt gezogenen Äquipotentialfläche. Auf Abb. 1 zeigt grafisch das elektrische Feld, das durch eine positive Punktladung und eine negativ geladene Ebene gebildet wird R.

Durchgezogene Linien sind Äquipotentialflächen mit Potentialen , , usw., gepunktete Linien sind Feldlinien, deren Richtung durch einen Pfeil angegeben ist.

Was erlaubt uns zu behaupten, dass es um einen geladenen Körper ein elektrisches Feld gibt?

• Das Vorhandensein von elektromagnetischen Belastungen und Wirbelfeldern.
• die Wirkung eines elektrischen Feldes auf eine Ladung.
  einfache Erfahrung:
  1. Du nimmst einen Holzstab und bindest mit einem Seidenfaden eine Hülle aus glänzendem Schokoladenpapier daran.
  2. Reiben Sie den Griff an Haar oder Wolle
  3. Bringen Sie den Griff an die Hülse - die Hülse weicht ab
  Dies ermöglicht uns zu behaupten, dass um einen geladenen Körper (in diesem Fall ein Stift) ein elektrisches Feld vorhanden ist)))
• jemand hilft mir, das Problem zu lösen
  http://answer.mail.ru/question/94520561
• steht im Lehrbuch)
• Link (electrono.ru Elektrische Feldstärke, elektrisch. .)
  - Im Raum um einen elektrisch geladenen Körper gibt es ein elektrisches Feld, das eine der Arten von Materie ist. Das elektrische Feld hat einen Vorrat an elektrischer Energie, die sich in Form von elektrischen Kräften äußert, die auf geladene Körper im Feld einwirken.
  Das elektrische Feld wird herkömmlicherweise in Form von elektrischen Kraftlinien dargestellt, die die Wirkungsrichtung der durch das elektrische Feld erzeugten elektrischen Kräfte zeigen.
  Elektrische Kraftlinien weichen von positiv geladenen Körpern in verschiedene Richtungen ab und konvergieren an negativ geladenen Körpern. Das Feld, das von zwei flachen, entgegengesetzt geladenen parallelen Platten erzeugt wird, wird als homogen bezeichnet.
  Ein elektrisches Feld kann sichtbar gemacht werden, indem man in flüssigem Öl suspendierte Gipspartikel hineinlegt: Sie rotieren entlang des Feldes, das sich entlang seiner Kraftlinien befindet. Ein homogenes Feld ist ein elektrisches Feld, bei dem die Intensität an allen Punkten im Raum nach Größe und Richtung gleich ist.

  Wikipedia: Zur Quantifizierung des elektrischen Feldes wird eine Kraftkenngröße eingeführt - die elektrische Feldstärke - eine vektorielle physikalische Größe gleich dem Verhältnis der Kraft, mit der das Feld auf eine an einem bestimmten Raumpunkt platzierte positive Testladung wirkt, zur Magnitude dieser Gebühr. Die Richtung des Spannungsvektors fällt in jedem Raumpunkt mit der Richtung der auf die positive Prüfladung wirkenden Kraft zusammen.
  Annähernd gleichförmig ist das Feld zwischen zwei entgegengesetzt geladenen flachen Metallplatten. In einem gleichförmigen elektrischen Feld verlaufen die Spannungslinien parallel zueinander.

• Laden Sie sich auf und schütten Sie den Flaum aus dem Kissen auf sich. Alles wird sehr klar sein.
• Bringt man zum ersten elektrisch geladenen Gegenstand einen weiteren, ebenfalls el. geladenes Objekt, können Sie ihre Wechselwirkung sehen, was die Existenz eines elektrischen Feldes beweist.
• Ermöglicht es Ihnen, die Gesetze der Physik zu lesen
• Ein elektrisches Feld ist eine spezielle Form von Materie, die um elektrisch geladene Körper oder Teilchen sowie in freier Form in elektromagnetischen Wellen existiert. Das elektrische Feld ist direkt unsichtbar, kann aber durch seine Wirkung und mit Hilfe von Instrumenten beobachtet werden. Die Hauptwirkung des elektrischen Feldes ist die Beschleunigung von elektrisch geladenen Körpern oder Teilchen.

  Das elektrische Feld kann als mathematisches Modell betrachtet werden, das den Wert der elektrischen Feldstärke an einem bestimmten Punkt im Raum beschreibt. Douglas Giancoli schrieb: „Es sollte betont werden, dass das Feld keine Art von Materie ist; Genauer gesagt ist dies ein äußerst nützliches Konzept ... Die Frage nach der "Realität" und Existenz eines elektrischen Feldes ist eigentlich eine philosophische, eher sogar eine metaphysische Frage. In der Physik hat sich das Konzept des Feldes als äußerst nützlich erwiesen – es ist eine der größten Errungenschaften des menschlichen Geistes.

  Das elektrische Feld ist eine der Komponenten eines einzelnen elektromagnetischen Feldes und eine Manifestation der elektromagnetischen Wechselwirkung.

  Physikalische Eigenschaften des elektrischen Feldes
  Gegenwärtig hat die Wissenschaft noch kein Verständnis der physikalischen Essenz solcher Felder wie elektrischer, magnetischer und gravitativer Felder sowie ihrer Wechselwirkung miteinander erreicht. Bisher wurden nur die Ergebnisse ihrer mechanischen Wirkung auf geladene Körper beschrieben, und es gibt auch eine Theorie einer elektromagnetischen Welle, die durch die Maxwell-Gleichungen beschrieben wird.

  Feldeffekt - Der Feldeffekt liegt darin begründet, dass sich bei Einwirkung eines elektrischen Feldes auf die Oberfläche eines elektrisch leitfähigen Mediums in dessen Randschicht die Konzentration freier Ladungsträger ändert. Dieser Effekt liegt dem Betrieb von Feldeffekttransistoren zugrunde.

  Die Hauptwirkung des elektrischen Feldes ist die Kraftwirkung auf ortsfeste (relativ zum Beobachter) elektrisch geladene Körper oder Teilchen. Wenn ein geladener Körper im Raum fixiert ist, beschleunigt er nicht unter Einwirkung einer Kraft. Auch ein Magnetfeld (die zweite Komponente der Lorentzkraft) übt eine Kraft auf bewegte Ladungen aus.

  Beobachtung des elektrischen Feldes im Alltag
  Um ein elektrisches Feld zu erzeugen, muss eine elektrische Ladung erzeugt werden. Reiben Sie eine Art Dielektrikum auf Wolle oder etwas Ähnliches, wie z. B. einen Plastikstift auf Ihrem eigenen Haar. Am Griff wird eine Ladung erzeugt und um ihn herum ein elektrisches Feld. Ein aufgeladener Stift zieht kleine Papierschnipsel an sich. Reibt man einen Gegenstand von größerer Breite, zum Beispiel ein Gummiband, an Wolle, dann sieht man im Dunkeln kleine Funken, die durch elektrische Entladungen entstehen.

  Ein elektrisches Feld tritt häufig in der Nähe des Fernsehbildschirms auf, wenn das Fernsehgerät ein- oder ausgeschaltet wird. Dieses Feld kann durch seine Einwirkung auf die Haare auf den Armen oder im Gesicht gefühlt werden.

Achtung, nur HEUTE!

Wie Sie wissen, ist es ein charakteristisches Merkmal von Leitern, dass sie immer eine große Anzahl beweglicher Ladungsträger, also freie Elektronen oder Ionen, enthalten.

Innerhalb des Leiters bewegen sich diese Ladungsträger im Allgemeinen zufällig. Wenn jedoch im Leiter ein elektrisches Feld vorhanden ist, wird der chaotischen Bewegung der Träger ihre geordnete Bewegung in Richtung der Wirkung elektrischer Kräfte überlagert. Diese gerichtete Bewegung beweglicher Ladungsträger in einem Leiter unter Einwirkung eines Feldes erfolgt immer so, dass das Feld innerhalb des Leiters geschwächt wird. Da die Anzahl der beweglichen Ladungsträger im Leiter groß ist, enthält das Metall die Ordnung freier Elektronen), deren Bewegung unter Einwirkung des Feldes erfolgt, bis das Feld im Leiter vollständig verschwindet. Lassen Sie uns genauer herausfinden, wie dies geschieht.

Man bringe einen metallischen Leiter, bestehend aus zwei eng aneinander gepressten Teilen, in ein äußeres elektrisches Feld E (Abb. 15.13). Die freien Elektronen in diesem Leiter werden von Feldkräften beeinflusst, die nach links, also entgegengesetzt zum Feldstärkevektor, gerichtet sind. (Erklären Sie warum.) Als Folge der Verschiebung von Elektronen durch diese Kräfte erscheint am rechten Ende des Leiters ein Überschuss an positiven Ladungen und am linken Ende ein Überschuss an Elektronen. Daher entsteht zwischen den Enden des Leiters ein inneres Feld (Feld der verschobenen Ladungen), das in Abb. 15.13 ist gestrichelt dargestellt. Innerhalb

Leiter, dieses Feld ist nach außen gerichtet, und jedes freie Elektron, das innerhalb des Leiters verbleibt, wirkt mit einer nach rechts gerichteten Kraft.

Zunächst ist die Kraft größer als die Kraft und ihre Resultierende ist nach links gerichtet. Daher verschieben sich die Elektronen im Inneren des Leiters weiter nach links, und das interne Feld nimmt allmählich zu. Wenn sich am linken Ende des Leiters genügend freie Elektronen ansammeln (sie machen immer noch einen unbedeutenden Bruchteil ihrer Gesamtzahl aus), wird die Kraft gleich der Kraft und ihre Resultierende ist gleich Null. Danach bewegen sich die im Leiter verbleibenden freien Elektronen nur noch zufällig. Das bedeutet, dass die Feldstärke innerhalb des Leiters Null ist, d. h. dass das Feld innerhalb des Leiters verschwunden ist.

Wenn also ein Leiter in ein elektrisches Feld eintritt, wird er elektrisiert, so dass an einem seiner Enden eine positive Ladung entsteht und am anderen eine gleich große negative Ladung. Eine solche Elektrifizierung wird als elektrostatische Induktion oder Elektrifizierung durch Einfluss bezeichnet. Beachten Sie, dass in diesem Fall nur die Eigenladungen des Leiters umverteilt werden. Wenn also ein solcher Leiter aus dem Feld entfernt wird, werden seine positiven und negativen Ladungen wieder gleichmäßig über das gesamte Volumen des Leiters verteilt und alle seine Teile werden elektrisch neutral.

Es ist leicht nachzuprüfen, dass an den gegenüberliegenden Enden eines durch Einfluss elektrifizierten Leiters tatsächlich gleich viele Ladungen mit entgegengesetztem Vorzeichen vorhanden sind. Wir teilen diesen Leiter in zwei Teile (Abb. 15.13) und entfernen sie dann aus dem Feld. Indem wir jeden Teil des Leiters mit einem separaten Elektroskop verbinden, stellen wir sicher, dass sie aufgeladen sind. (Überlegen Sie, wie Sie zeigen können, dass diese Ladungen entgegengesetzte Vorzeichen haben.) Wenn Sie beide Teile wieder zusammenfügen, so dass sie einen Leiter bilden, werden Sie feststellen, dass die Ladungen neutralisiert sind. Das bedeutet, dass vor der Verbindung die Ladungen auf beiden Teilen des Leiters gleich groß und von entgegengesetztem Vorzeichen waren.

Die Zeit, während der der Leiter durch Einwirkung elektrisiert wird, ist so kurz, dass das Ladungsgleichgewicht auf dem Leiter fast augenblicklich eintritt. In diesem Fall wird die Spannung und damit die Potentialdifferenz innerhalb des Leiters überall gleich Null. Dann gilt für zwei beliebige Punkte innerhalb des Leiters die Beziehung

Wenn also die Ladungen auf dem Leiter im Gleichgewicht sind, ist das Potential aller seiner Punkte gleich. Dies gilt auch für einen durch Kontakt mit einem geladenen Körper elektrifizierten Leiter. Nehmen Sie eine leitende Kugel und platzieren Sie eine Ladung am Punkt M auf ihrer Oberfläche (Abb. 15.14). Dann erscheint für kurze Zeit ein Feld im Leiter und am Punkt M - ein Ladungsüberschuss. Unter dem Einfluss der Kräfte dieses Feldes

Die Ladung wird gleichmäßig über die gesamte Oberfläche der Kugel verteilt, was zum Verschwinden des Feldes im Inneren des Leiters führt.

Unabhängig davon, wie der Leiter elektrifiziert ist, gibt es im Ladungsgleichgewicht kein Feld im Leiter, und das Potential aller Punkte des Leiters ist gleich (sowohl innerhalb als auch auf der Oberfläche des Leiters). Gleichzeitig existiert natürlich das Feld außerhalb des elektrifizierten Leiters, und seine Spannungslinien sind normal (senkrecht) zur Oberfläche des Leiters. Dies ist aus der folgenden Diskussion ersichtlich. Wäre die Zuglinie irgendwo geneigt zur Oberfläche des Leiters (Abb. 15.15), so könnte die an dieser Stelle der Oberfläche auf die Ladung wirkende Kraft in Komponenten zerlegt werden, die dann unter Einwirkung einer entlang der Oberfläche würden sich die Ladungen entlang der Oberfläche des Leiters bewegen, was, wenn kein Ladungsgleichgewicht herrschen sollte. Wenn also die Ladungen auf dem Leiter im Gleichgewicht sind, ist seine Oberfläche eine Äquipotentialfläche.

Wenn in einem geladenen Leiter kein Feld vorhanden ist, muss die Volumendichte der darin enthaltenen Ladungen (die Elektrizitätsmenge pro Volumeneinheit) überall Null sein.

Wenn in einem kleinen Volumen des Leiters eine Ladung vorhanden wäre, würde in der Tat ein elektrisches Feld um dieses Volumen herum existieren.

In der Feldtheorie ist bewiesen, dass sich im Gleichgewicht die gesamte überschüssige Ladung eines elektrifizierten Leiters auf seiner Oberfläche befindet. Das bedeutet, dass das gesamte Innere dieses Leiters entfernt werden kann und sich nichts an der Anordnung der Ladungen auf seiner Oberfläche ändert. Wenn zum Beispiel zwei einzelne Metallkugeln gleicher Größe gleich elektrisiert sind, von denen eine massiv und die andere hohl ist, dann sind die Felder um die Kugeln herum gleich. M. Faraday hat dies zuerst experimentell bewiesen.

Wenn also ein Hohlleiter in ein elektrisches Feld gebracht oder durch Kontakt mit einem geladenen Körper elektrisiert wird, dann

Wenn die Ladungen im Gleichgewicht sind, existiert das Feld innerhalb des Hohlraums nicht. Dies ist die Grundlage des elektrostatischen Schutzes. Wenn ein Gerät in ein Metallgehäuse gelegt wird, dringen keine externen elektrischen Felder in das Gehäuse ein, d. h. der Betrieb und die Messwerte eines solchen Geräts hängen nicht vom Vorhandensein und der Änderung externer elektrischer Felder ab.

Lassen Sie uns nun herausfinden, wie sich die Ladungen auf der äußeren Oberfläche des Leiters befinden. Nehmen Sie ein Metallgitter an zwei isolierenden Griffen, auf die Papierblätter geklebt werden (Abb. 15.16). Wenn Sie das Gitter aufladen und dann dehnen (Abb. 15.16, a), werden die Blätter auf beiden Seiten des Gitters zerstreut. Wenn das Netz zu einem Ring gebogen wird, weichen nur die Blätter an der Außenseite des Netzes ab (Abb. 15.16, b). Indem man dem Gitter eine andere Krümmung gibt, kann man dafür sorgen, dass sich die Ladungen nur auf der konvexen Seite der Oberfläche befinden und sich dort, wo die Oberfläche stärker gekrümmt ist (kleinerer Krümmungsradius), mehr Ladungen ansammeln.

Die Ladung verteilt sich also gleichmäßig nur über die Oberfläche eines kugelförmigen Leiters. Bei beliebiger Form des Leiters ist die Oberflächenladungsdichte und damit die Feldstärke nahe der Oberfläche des Leiters dort größer, wo die Krümmung der Oberfläche größer ist. An den Vorsprüngen und an den Leiterkanten ist die Ladungsdichte besonders hoch (Abb. 15.17). Dies kann überprüft werden, indem die verschiedenen Punkte des elektrifizierten Leiters mit der Sonde und dann mit dem Elektroskop berührt werden. Ein elektrifizierter Leiter, der Spitzen hat oder mit einer Spitze versehen ist, verliert schnell seine Ladung. Daher sollte der Leiter, auf dem die Ladung lange gespeichert werden muss, keine Punkte haben.

(Denken Sie darüber nach, warum der Stab eines Elektroskops in einer Kugel endet.)