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elektrische Feldstärke

elektrische Feldstärke berechnen

Elektrische Feldstärke berechnenHier können Sie ganz einfach die elektrische Feldstärke berechnen lassen. Geben Sie dazu einfach nur die Kraft und die Ladung an.

Kraft [N]  
Ladung [C]  

Die physikalische Größe der elektrischen Feldstärke beschreibt eine Kraft innerhalb eines elektrischen Feldes. Diese Stärke wirkt in Richtung des Feldes und ist die Fähigkeit, Ladungen zu beeinflussen. Um die elektrische Feldstärke zu berechnen, benötigen Sie zwei entscheidende Faktoren.

beschreibt die allgemeine Formel. F steht für die Kraft, welche auf die Ladung wirkt. "q" ist eine Probeladung, die sich im elektrischen Feld befindet. Bei der Berechnung ziehen Sie jeweils eine einzelne Probeladung punktuell im elektrischen Feld heran. An unterschiedlichen Stellen des Feldes zeigen sich veränderte Kräfte. Um schnell und ohne Mühe ein Ergebnis zu erhalten, nutzen Sie den elektrische Feldstärke Rechner.

Wie funktioniert der Rechner?

Die Funktion hinter der Oberfläche ist nicht schwer zu verstehen. Im Grunde nutzt der Rechner die Formel:

E = F / q 

F … Kraft in N

q … Probeladung in C

zur Berechnung Ihrer Lösung. Steht die Kraft in Newton sowie die Ladung in Coulomb fest, dividiert der elektrische Feldstärke Rechner die Werte und Sie erhalten das Ergebnis.

Durch das Betätigen des Knopfes "Berechnen" starten Sie den Rechenvorgang. Mit der zweiten Funktion "Drucken" erhalten Sie die Möglichkeit, das Ergebnis auf einem realen Papier festzuhalten. Die Druckfunktion öffnet das Druckmenü, von dem Sie mit einem weiteren Klick den Druckvorgang starten.

Elektrische Feldstärke berechnen – Bedienung des Rechners

Um die Nutzung für jedermann zugänglich zu machen, hält sich der elektrische Feldstärke Rechner einfach und übersichtlich. Wünschen Sie sich die elektrische Feldstärke eines Feldes auszurechnen, ist die schnellste Variante, den Rechner zu nehmen. Im Vorfeld ist es wichtig, die Ladung zu kennen und die darauf einwirkende Kraft zu wissen. Entnehmen Sie dafür die Werte aus der Angabe, oder messen Sie diese am gewünschten Objekt.

Anschließend tippen Sie die Zahlen in die entsprechende Zeile ein. In die erste Zeile geben Sie die Kraft in Newton ein und darunter die vorhandene Ladung in Coulomb.
Kraft [N]                xyz
Ladung [C]            ab
Im nächsten Schritt drücken Sie auf den Knopf "Berechnen". Nach einem kurzen Augenblick erscheint das gesuchte Ergebnis über dem Berechnen Button im entsprechenden Textfeld.

Lösung der elektrischen Feldstärke

Nach dem Klick auf "Berechnen" erhalten Sie ein gut überschaubares Ergebnis. Die Lösung steht oberhalb des Knopfes und steht in der Form eines Satzes. Dieser lautet:

"Die elektrische Feldstärke beträgt: wx,yz V/m." Die dazugehörige Einheit bedeutet Volt pro Meter.

Oft benötigen Techniker für den Prozess in der Fertigungstechnik spezielle elektrische Felder. Viele moderne Fahrzeughersteller nutzen ein Verfahren, bei dem elektrostatischer Lack zum Einsatz kommt. Die zu lackierende Fläche erhält eine negative Ladung und die Lackpartikel lädt der Hersteller positiv auf. Der Vorteil ist, dass sich Lackpartikel durch die Kraft des elektrischen Feldes ausschließlich auf die zu lackierende Oberfläche absetzen. Nur wenig Lack landet in der Umgebung, sodass sich der Hersteller Farbe spart und der Lackierer den Lack gleichmäßiger und an schwierigen Stellen aufträgt. Hierbei ist es wichtig, eine richtige Dimensionierung des elektrischen Feldes zu erreichen.

Viele Staubfilter in Industriefabriken nutzen die elektrische Feldstärke. Ein spezieller Kamin lädt die durchströmende Luft negativ auf. In der Luft befinden sich zahlreiche negative Staubpartikel, die eine positiv geladene Elektrode herauszieht. Die Stärke des elektrischen Feldes steht in direkter Abhängigkeit mit der Größe der Staubpartikel. Gröbere Stücke benötigen einen höheren Krafteinsatz als kleinere Teilchen.

Elektrisches Feld

Ein elektrisches Feld ist ein physikalisches Feld, das mit der Hilfe der Coulombkraft auf Ladungen einwirkt. Elektrische Felder befinden sich überall. Es ist dafür verantwortlich, dass Elektronen an den Atomkern gebunden sind und in Kombination mit dem Magnetismus breiten sich unsere Funkwellen sowie das Licht aus. Ein elektrisches Feld entsteht durch sich bewegende elektrische Ladungen sowie durch ein sich änderndes magnetisches Feld.

Im Zusammenhang mit der elektrischen Feldstärke zeigen einige Beispiele, wo sich ein Feld auftut und wie hoch die Kraft ist. In der Atmosphäre besteht eine elektrische Feldstärke von 100 bis 200 V/m. Ein Farbfernseher weist im Durchschnitt 400 V/m auf. Ein Kondensator, ein elektronisches Bauteil auf nahezu jeder Platine, weist eine elektrische Feldstärke von einem bis zehn Millionen Volt pro Meter auf. Im Vergleich dazu beziffert sich die Durchschlagfestigkeit der Luft auf drei Millionen V/m.

Elektrische Feldstärke

Unter dem Begriff der elektrischen Feldstärke verstehen Physiker eine Größe, die vorwiegend in der Elektrostatik anzutreffen ist. Die Feldstärke gibt an, wie stark die Fähigkeit des Feldes ist, Kraft auf die sich darin befindenden Ladungen auszuüben. Mit einem kleinen Pfeil, ein Vektor, bestimmen Sie die Richtung des elektrischen Feldes. Aus diesem Grund zeichnen Sie über das Formelzeichen E einen nach rechts zeigenden Pfeil als Vektor.

Um die elektrische Feldstärke zu berechnen, sind einige Hinweise zu beachten. Grundsätzlich rechnen Sie die Feldstärke ohne Ausnahme punktuell aus. Die Kraft ist an unterschiedlichen Punkten des elektrischen Feldes verschieden groß und zeigt unter bestimmten Umständen in eine andere Richtung. Aus diesem Grund ziehen Sie für die Berechnung der Feldstärke eine einzelne Ladung und die dazugehörige einwirkende Kraft heran.

Wenn Sie ein elektrisches Feld visuell darstellen möchten, zeichnen Sie für jede einzelne Ladung zwischen den Polen eine sogenannte Feldlinie ein. Die Feldlinien richten sich vom positiven zum negativen Pol. In Abhängigkeit davon, wie dicht die Feldlinien aufeinander stehen, ist daraus auf die entsprechend höhere oder niedrigere Feldstärke zu beziehen.

Die SI-Einheit der elektrischen Feldstärke ist in der Regel Newton pro Coulomb. Dies ergibt sich aus der Formel:

Allerdings ist es gewöhnlich, die Einheit Volt pro Meter zu nehmen. Durch geschicktes Umformen entsteht aus Newton pro Coulomb die Joule pro Coulomb mal Meter. Dies entspricht Wattsekunden pro Amperesekunden mal Meter, aus dem Volt Ampere mal Sekunden pro Amperesekunden mal Meter wird. Streichen Sie an dieser Stelle die überflüssigen Einheiten weg, bleibt Volt pro Meter übrig.

Beispielrechnung: Wie groß ist die elektrische Feldstärke?

In dieser Beispielrechnung wirkt auf eine Ladung von 45 Coulomb eine Kraft von 650 Newton. Es stellt sich die Frage, wie groß die daraus resultierende Feldstärke E ist. Für diesen Zweck steht der elektrische Feldstärke Rechner zur Verfügung. Nach der Eingabe der Beispielwerte steht der Rechner wie folgt bereit:

Kraft [N]                    650
Ladung [C]                45

Nach der Eingabe der Werte und dem Betätigen des Buttons "Berechnen" steht die gesuchte Lösung fest. Über dem Knopf erscheint das folgende Ergebnis:

"Die elektrische Feldstärke beträgt: 14,44 V/m."

In unserem Beispiel, bei dem 650 Newton auf eine Ladung von 45 Coulomb wirken, errechnet sich auf diese Weise eine elektrische Feldstärke von 14,44 Volt pro Meter.



Häufig gestellte Fragen

Beispielberechnung zur elektrischen Feldstärke

Unter einer Überlandleitung wird eine Feldstärke von 500 N / C gemessen. Wie groß ist die auf eine Probeladung von 0,1 C wirkende Kraft? Durch Umstellung der oben genannten Formel lässt sich die Aufgabe einfach lösen:

F = E * q

= 500 N / C * 0,1 C

= 50 N

 

Was versteht man unter der elektrischen Feldstärke?

Die elektrische Feldstärke ist eine Größe aus einem Teilgebiet der Physik, der Elektrostatik. Sie gibt an, inwieweit ein elektrisches Feld in der Lage ist, Kräfte auf in diesem Feld befindliche Ladungen auszuüben. Die elektrische Feldstärke ist eine Vektorgröße, da sie neben der Stärke eines elektrischen Feldes auch dessen Richtung beschreibt. Das Formelzeichen E wird deshalb allgemein durch einen darüberstehenden, nach rechts zeigenden Pfeil als Vektor gekennzeichnet.

 

Wie berechnet man die elektrische Feldstärke?

Die elektrische Feldstärke wird immer punktuell berechnet, da die Kraft an verschiedenen Punkten des elektrischen Feldes unterschiedlich groß und unterschiedlich gerichtet sein kann. Dies bedeutet, es wird jeweils die auf eine einzelne Ladung wirkende Kraft zur Berechnung herangezogen:

E = F / q

F … Kraft in N

q … Probeladung in C

Die Angabe der elektrischen Feldstärke erfolgt in Newton pro Coulomb, kurz N/C. Alternativ wird auch die Einheit Volt pro Meter (V/m) genutzt.

Zur Visualisierung des elektrischen Feldes wird für jede einzelne Ladung (oder einen repräsentativ verteilten Anteil von Ladungen) zwischen den Polen des elektrischen Feldes eine sogenannte Feldlinie eingezeichnet, die von positiven zu negativen Ladungen gerichtet ist. Die Dichte der Feldlinien (also der Abstand von einer Feldlinie zur anderen) repräsentiert dabei den Betrag der Feldstärke im betrachteten Bereich.

 

Wofür ist die Berechnung der elektrischen Feldstärke wichtig?

Elektrische Felder werden oftmals in fertigungstechnischen Prozessen eingesetzt. Als Beispiel dafür lässt sich das heute von vielen Fahrzeugherstellern benutzte Verfahren der elektrostatischen Lackierung eingesetzt. Dabei wird die zu lackierende Fläche negativ aufgeladen und die aufzubringenden Lackpartikelchen positiv. Die Kräfte des elektrischen Feldes sorgen dann dafür, dass sich die Lackpartikelchen nur auf der zu lackierenden Oberfläche absetzen und nur zu einem geringen Teil in der Umgebung. Das spart zum einen Lack und gewährleistet zum anderen, dass die Lackpartikel auch an mit herkömmlichen Verfahren nur schwer zugänglichen Stellen aufgebracht werden.

Die richtige Dimensionierung des elektrischen Felds bestimmt dabei die Güte der Lackierung, also vor allem die gleichmäßige Verteilung des Lackes auf der Oberfläche.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel sind Staubfilter in industriellen Umgebungen. Die durch einen Kamin strömende Luft wird dabei negativ aufgeladen und die enthaltenen – ebenfalls negativ geladenen – Staubpartikel werden mithilfe einer positiv geladenen Elektrode „herausgezogen“. Die Festlegung der notwendigen Feldstärke bestimmt dabei die Partikelgröße, die mit dieser Methode herausgefiltert werden kann.

 



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