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Physik – Elektrische Felder

Typen von elektrischen Feldern

Elektrisches Feld zweier Spannungspole. Quelle: wikimedia commons

Elektrische Felder sind Kraftfelder die auf elektrische Ladungen wirken. Genauso wie ein Körper auf der Erde durch die Schwerkraft "nach unten" gezogen wird, erfährt eine negative elektrische Ladung in einem elektrischen Feld eine Kraft, die per Konvention entgegen der Feldrichtung weist (die technische Stromrichtung wie sie in Schaltplänen verwendet wird weist in Richtung der elektrischen Feldlinien). Bei elektrischen Feldern, die sich zwischen Spannungspolen aufbauen, stehen die Feldlinien immer senkrecht auf den Spannungspolen (Figur). Bei einer elektrischen Hausleitung wird das elektrische Feld zwischen Phase und Nullleiter aufgebaut. Man kann aber auch ein kleines elektrisches Feld um die Doppelleitung herum messen, wobei die Feldlinien senkrecht auf den Leitungen stehen. Es gibt drei Typen von elektrischen Feldern die sich durch Spannungspole bilden können.

Gleichfelder, Wechselfelder, Impulsfelder

Gleichfelder (oder elektrostatische Felder) kommen durch elektrostatische Aufladung bzw. durch natürliche Spannungsgefälle zwischen Metallen (Batterieprinzip) zustande. Wechselfelder werden durch Wechselstrom oder durch Hochfrequenzgeneratoren erzeugt. Impulsfelder beobachtet man bei kurzzeitigen Entladungsvorgängen (Blitze, Funken). Je grösser die Spannungsdifferenz zwischen zwei Ladungspolen ist, desto stärker ist das elektrische Feld, das durch die zwei elektrischen Pole gebildet wird. Verändern sich die Spannungsverhältnisse, so verändern sich auch die elektrischen Feldstärken. Bei Wechselspannung misst man elektrische Felder, die sich periodisch (50 Hz) in Stärke und Richtung ändern.

Eine andere Art von elektrischen Feldern stellen die elektrischen Wirbelfelder dar. Sie werden nicht durch Spannungspole gebildet, sondern durch sich verändernde Magnetfelder.

Wirbelfelder

Elektrisches Wirbelfeld. Quelle: FSM

Elektrische Wirbelfelder bilden sich aufgrund eines sich in seiner Stärke verändernden Magnetfeldes, und nicht durch ein Spannungsgefälle zwischen Polen. Allerdings spricht man auch, um den Spannungsgedanken beibehalten zu können, von Ringspannung. Die Kraft, welche dieser Ringspannung entspricht heisst "elektromotorische Kraft". Elektrische Wirbelfelder existieren immer und überall, wo sich magnetische Felder ändern (genau genommen werden diese Felder durch die Änderung des magnetischen Flusses gebildet, also durch die zeitliche Änderung des durch eine bestimmte Fläche fliessenden magnetischen Vektorfeldes; siehe "Feld, Feldstärke, Feldlinien" und "Messung von magnetischen Feldern"). In elektrisch leitfähigen Materialien induzieren Magnetfeldänderungen (wie sie etwa bei Wechselstrom auftreten) messbare Wirbelströme (sie werden beispielsweise beim Induktionskochherd für die Wärmeerzeugung genutzt).

Die Feldlinien elektrischer Wirbelfelder (Figur) sind, analog zu den Feldlinien von magnetischen Wirbelfeldern, quellenfrei, besitzen also weder Anfangs- noch Endpunkt (im Unterschied zu den oben beschriebenen "normalen" elektrischen Feldlinien).

Zu beachten: es gilt auch umgekehrt, dass ein sich verändernder elektrischer Fluss ein magnetisches Wirbelfeld produziert (siehe unter "Typen von magnetischen Feldern"). Für die EMF-Thematik sind v.a. die niederfrequenten magnetischen Wechselfelder und die durch sie im Körperinnern bewirkten elektrischen Wirbelfelder wichtig (siehe unter "Biologie").

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