Das Feldkonzept verstehen
Zwischen zwei geladenen Platten wird der Raum vollständig leergepumpt. Eine Probeladung darin erfährt trotzdem eine Kraft. Welche Deutung passt?
Erklärung: Das Feld ist eine Eigenschaft des Raums um Ladungen — es braucht weder Luft noch einen strömenden Stoff. Und der Raum ist gerade nicht unbeteiligt; er vermittelt als Feld die Kraft auf die Probeladung.
Um einen geriebenen, aufgeladenen Hartgummistab herum besteht ein elektrisches Feld — auch bevor irgendein Probekörper in seine Nähe gebracht wird.
Erklärung: Richtig. Das Feld ist ein Zustand des Raums und besteht unabhängig davon, ob man es mit einer Probeladung nachweist. Die Probeladung macht das Feld nur sichtbar — sie erzeugt es nicht.
Mia setzt im gezeichneten Feldlinienbild eines Kondensators eine Probeladung genau zwischen zwei gezeichnete Linien. Dort wirkt keine Kraft auf sie.
Erklärung: Feldlinien sind ein gezeichnetes Modell, keine Objekte; das Feld füllt den Raum lückenlos aus und hat auch zwischen den gezeichneten Linien einen Wert. Nur die Liniendichte trägt Information — sie ist ein Maß für die Feldstärke.
Eine positive Probeladung sitzt auf einer gekrĂĽmmten Feldlinie. In welche Richtung zeigt die elektrische Kraft auf sie?
Erklärung: Die Feldlinie kodiert die Kraftrichtung punktweise über ihre Tangente — bei gekrümmten Linien zeigt die Kraft also nicht "die Linie entlang". Genau dieses Ablesen wird häufig falsch gemacht, wenn man die Linie wie eine Schiene liest.
Ein Proton fliegt mit hoher Geschwindigkeit quer zu den Feldlinien in ein elektrisches Feld. Ab jetzt bewegt es sich genau auf der Feldlinie weiter, auf der es sich gerade befindet.
Erklärung: Die Feldlinie gibt nur die Kraft- und damit die Beschleunigungsrichtung an — hat das Teilchen bereits eine Geschwindigkeit quer dazu, verlässt seine Bahn die Feldlinie. Bahnkurve und Feldlinie fallen nur zusammen, wenn das Teilchen aus der Ruhe in einem geraden Feldlinienstück startet.
Grießkörner in Rizinusöl ordnen sich zwischen zwei geladenen Elektroden zu Ketten an. Was zeigt dieser Versuch?
Erklärung: Die Körner werden im Feld polarisiert und drehen sich in Feldrichtung — die entstehenden Ketten zeichnen das Feldlinienbild nach. Es fließt kein Strom; der Versuch macht einen Zustand des Raums sichtbar, kein strömendes Etwas.
Feldlinien des elektrischen Feldes beginnen auf ___ Ladungen und enden auf negativen.
Erklärung: Die Richtung ist über die Kraft auf eine positive Probeladung festgelegt, die von Plus weg- und zu Minus hingedrückt wird. Positive Ladungen sind die Quellen, negative die Senken des Feldes.
Lena zeichnet das Feld zweier Ladungen so, dass sich zwei Feldlinien im Punkt P kreuzen. Was mĂĽsste eine Probeladung in P dann erfahren?
Erklärung: Die Feldlinie gibt an jedem Punkt die Richtung der Kraft auf eine positive Probeladung an (Tangente). In einem Kreuzungspunkt gäbe es zwei Tangenten, also zwei Kraftrichtungen auf dieselbe Ladung – das ist unmöglich. Deshalb kreuzen sich Feldlinien nie, und Lenas Zeichnung ist falsch. Feldlinien sind keine Gegenstände, die sich addieren oder aufheben, sondern ein Bild für die eine Kraftrichtung an jedem Ort.
Feldlinien treffen auf die Oberfläche eines Leiters stets senkrecht. Erkläre, warum.
Erklärung: Gäbe es eine Kraftkomponente längs der Oberfläche, würden die frei beweglichen Ladungen so lange wandern, bis nur die senkrechte Komponente übrig ist — im Gleichgewicht steht das Feld also senkrecht. Das ist ein Gleichgewichtsargument, keine Eigenschaft "undurchdringlicher" Linien.
Je dichter die Feldlinien an einer Stelle gezeichnet sind, desto stärker ist dort das elektrische Feld.
Erklärung: Die Liniendichte ist im Feldlinienmodell das vereinbarte Maß für die Feldstärke. Deshalb liegen die Linien nahe einer Punktladung dicht und werden mit wachsendem Abstand spärlicher.
In welchem Bereich ist das elektrische Feld homogen?
Erklärung: Homogen heißt: Die Kraft auf dieselbe Probeladung ist überall gleich groß und gleich gerichtet – im Feldlinienbild parallele Linien in gleichen Abständen. Das gilt im Inneren eines Plattenkondensators, nicht aber an seinem Rand, wo die Linien nach außen ausbauchen. Das Feld einer Kugel ist radial: In gleichem Abstand ist die Kraft zwar gleich groß, zeigt aber in verschiedene Richtungen und nimmt nach außen ab.
Im radialsymmetrischen Feld einer geladenen Kugel ist der Betrag der Kraft auf eine Probeladung in gleicher Entfernung vom Feldzentrum ĂĽberall gleich groĂź.
Erklärung: Radialsymmetrie bedeutet, dass das Feld nur vom Abstand r abhängt — auf einer Kugelfläche um das Zentrum ist der Kraftbetrag konstant und die Kraft radial gerichtet. Mit wachsendem r nimmt die Kraft dagegen ab.
Wattefäden zwischen zwei ungleichnamig geladenen Kugeln werden auf gekrümmten Bahnen hin- und hergezogen. Was darf man aus dem Versuch schließen — und was nicht?
Erklärung: Der Versuch belegt, dass der ganze Zwischenraum ein Kraftfeld trägt. Die Flockenbahnen ähneln den Feldlinien nur, weil träge Körper mit Startgeschwindigkeit von der Tangentenrichtung abweichen — Bahn und Feldlinie gleichzusetzen ist der dokumentierte Fehlschluss.
Die Kraft zwischen zwei Ladungen wirkt unmittelbar über die Entfernung — der Raum dazwischen spielt physikalisch keine Rolle.
Erklärung: Im Feldbild vermittelt der Raum selbst die Wechselwirkung — jede Ladung erzeugt ein Feld, und das Feld am Ort der anderen Ladung übt die Kraft aus. Das Fernwirkungsbild scheitert spätestens, wenn sich Feldänderungen nur mit endlicher Geschwindigkeit ausbreiten.