Im Löffel-Versuch am Plattenkondensator wird die Ladung auf dem Probelöffel durch Berühren mit einem identischen Löffel wiederholt halbiert. Was zeigt die Messung?

Erklärung: Bei unverändertem Feld ist F proportional zu q, also ist F/q eine Eigenschaft des Feldpunkts und nicht der Probeladung. Das Feld wird durch das Halbieren der Probeladung nicht schwächer — es wird von den Kondensatorplatten erzeugt.

An einem Feldpunkt wirkt auf die Probeladung q = 2·10⁻⁶ C die Kraft F = 0,008 N. Welche Rechnung bestimmt die Feldstärke dort richtig?

Erklärung: Die Feldstärke ist als Quotient aus Kraft und Probeladung definiert: E = F/q — so fällt die Probeladung heraus und E beschreibt den Feldpunkt selbst. Das Produkt F·q und der umgedrehte Quotient q/F haben keine Feldstärke-Einheit N/C.

Bringt man eine doppelt so große Probeladung an denselben Feldpunkt, so ist dort auch die elektrische Feldstärke doppelt so groß.

Erklärung: Mit der Probeladung verdoppelt sich nur die Kraft — der Quotient E = F/q und damit die Feldstärke bleibt gleich, denn das Feld wird von den felderzeugenden Ladungen bestimmt. Feldstärke und Kraft zu verwechseln ist eines der häufigsten Fehlmuster in Tests zum E-Feld.

Die Einheit der elektrischen Feldstärke ist 1 N/___.

Erklärung: Aus E = F/q folgt die Einheit Newton pro Coulomb. Später zeigt sich mit E = U/d die gleichwertige Schreibweise V/m.

Auf einen Probekörper mit der Ladung q = 4·10⁻⁶ C wirkt im Feld die Kraft F = 0,02 N. Berechne die elektrische Feldstärke. (Antwort in N/C)

Erklärung: E = F/q = 0,02 N / 4·10⁻⁶ C = 5000 N/C. Die Feldstärke beschreibt den Feldpunkt — mit jeder anderen Probeladung ergäbe die Rechnung denselben Wert.

In einem homogenen Feld der Stärke E = 2000 N/C befindet sich eine Ladung q = 3·10⁻⁶ C. Berechne die Kraft auf die Ladung. (Antwort in mN)

Erklärung: F = E·q = 2000 · 3·10⁻⁶ N = 6·10⁻³ N = 6 mN. Umstellen der Definitionsgleichung E = F/q genügt; auf die Einheit Millinewton achten.

Ein Elektron befindet sich in einem Feld der Stärke E = 5·10⁴ N/C. Berechne den Betrag der Kraft auf das Elektron. (e = 1,6·10⁻¹⁹ C; Antwort in 10⁻¹⁵ N)

Erklärung: F = E·e = 5·10⁴ · 1,6·10⁻¹⁹ N = 8·10⁻¹⁵ N. Trotz der riesigen Feldstärke ist die Kraft winzig, weil die Elementarladung so klein ist — für das fast masselose Elektron ergibt sie dennoch enorme Beschleunigungen.

Im Löffel-Versuch wirkt auf die Ladung q₀ die Kraft F = 0,8 N (in geeigneten Skalenteilen). Berechne die Kraft auf die Ladung ¼q₀ am selben Ort. (Antwort in N)

Erklärung: Bei unverändertem Feld gilt F ∝ q, also 0,8 N · ¼ = 0,2 N. Der Quotient F/q liefert in beiden Fällen dieselbe Feldstärke.

An einem Feldpunkt mit E = 2500 N/C erfährt ein Probekörper die Kraft F = 0,01 N. Berechne seine Ladung. (Antwort in µC)

Erklärung: q = F/E = 0,01 / 2500 C = 4·10⁻⁶ C = 4 µC. Die Definitionsgleichung lässt sich nach jeder der drei Größen auflösen.

Die Feldstärke zeigt an einem Punkt nach rechts. In welche Richtung wirkt die Kraft auf eine negative Ladung an diesem Punkt?

Erklärung: Die Feldrichtung ist über die Kraft auf eine positive Probeladung festgelegt; für negative Ladungen kehrt sich die Kraftrichtung um. Auch negative Ladungen spüren das Feld — nur eben entgegengesetzt.

An einem Punkt überlagern sich zwei elektrische Felder mit je 3 N/C in genau entgegengesetzte Richtungen. Die gesamte Feldstärke dort beträgt 6 N/C.

Erklärung: Die Feldstärke ist ein Vektor (E = F/q, Richtung der Kraft auf eine positive Probeladung). Entgegengesetzt gleiche Beiträge heben sich auf — die Gesamtfeldstärke ist 0 N/C, nicht die Summe der Beträge.

Zwischen den Platten eines Kondensators misst Ali die Kraft auf dieselbe Probeladung einmal in der Mitte und einmal nahe einer Platte. Er erhält beide Male denselben Wert.

Erklärung: Richtig — das Feld im Plattenkondensator ist homogen, die Feldstärke hat überall zwischen den Platten den gleichen Betrag und die gleiche Richtung. Die Feldlinien verlaufen parallel und gleichabständig senkrecht zu den Platten.

Entfernt man die Probeladung aus dem Kondensator, so sinkt die Feldstärke zwischen den Platten auf null.

Erklärung: Das Feld wird von den Ladungen auf den Platten erzeugt und besteht unabhängig von der Probeladung fort. Die Probeladung ist nur das Messinstrument — E = F/q ist so konstruiert, dass ihr Wert dabei herausfällt.

Im Löffel-Versuch wird die Spannung am Plattenkondensator erhöht, die Probeladung bleibt gleich. Was beobachtet man?

Erklärung: F/q ist nur bei festem Feld konstant; ändert man das Feld über die Spannung, ändern sich F und F/q gemeinsam. Genau diese Gegenprobe zeigt, dass E das Feld beschreibt und nicht die Probeladung.

Auf eine positive Ladung wirkt die Kraft in Feldrichtung. Auf eine negative Ladung wirkt sie ___ zur Feldrichtung.

Erklärung: Die Feldstärke ist über die Kraft auf eine positive Probeladung festgelegt. Eine negative Ladung erfährt am selben Ort eine gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Kraft — Elektronen laufen gegen die Feldlinien.

Aufgabe 1 von 15