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2026-07-28T05:59:36Z

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= Einleitung =

Ein '''elektrisches Feld''' ist der Raum um elektrische Ladungen, in dem auf andere Ladungen eine elektrische Kraft wirkt. Du kannst das Feld nicht direkt sehen, aber mit einer kleinen positiven [[Probeladung]] untersuchen. Die Richtung der Kraft auf diese positive Probeladung gibt die Feldrichtung an.

[[Datei:Electric field of a point charge.svg|500px|rahmenlos|center]]

In diesem aiMOOC lernst Du, elektrische Felder mit [[Feldlinie|Feldlinien]] darzustellen, die [[Elektrische Feldstärke|elektrische Feldstärke]] zu berechnen und homogene sowie radiale Felder zu unterscheiden. Außerdem untersuchst Du den [[Plattenkondensator]], das elektrische Potential, die [[Influenz]] und die Abschirmung durch Leiter.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=2PekZkhX1Mo |500|center}}

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= Lernziele =

Nach der Bearbeitung kannst Du
# [[Elektrisches Feld|elektrische Felder]] als Kraftfelder beschreiben.
# [[Feldlinie|Feldlinienbilder]] lesen und zeichnen.
# die Feldstärke mit <math>\vec E=\frac{\vec F}{q}</math> bestimmen.
# radiale und homogene Felder unterscheiden.
# den Zusammenhang <math>E=\frac{U}{d}</math> beim Plattenkondensator anwenden.
# einfache Situationen mit Kraft, Ladung, Spannung und Abstand erklären.

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= Elektrische Ladung und Kraft =

Elektrische Ladung besitzt ein Vorzeichen. Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige Ladungen ziehen sich an. Die Einheit der Ladung ist das [[Coulomb]] mit dem Einheitenzeichen <math>\mathrm{C}</math>.

Die Kraft zwischen zwei kleinen, ruhenden Ladungen wird durch das [[Coulombsches Gesetz|Coulombsche Gesetz]] beschrieben:

<math>F=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\cdot\frac{|Q\cdot q|}{r^2}</math>

Dabei sind <math>Q</math> und <math>q</math> die Ladungen, <math>r</math> ihr Abstand und <math>\varepsilon_0</math> die elektrische Feldkonstante. Wird der Abstand verdoppelt, sinkt die Kraft auf ein Viertel.

[[Datei:VFPt charges plus minus thumb.svg|500px|rahmenlos|center]]

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== Das Feld als Modell ==

Das elektrische Feld beschreibt die Wirkung einer Ladung auf ihre Umgebung. Eine Probeladung soll so klein sein, dass sie das untersuchte Feld kaum verändert. Für eine positive Probeladung zeigen Kraft und Feldstärke in dieselbe Richtung. Für eine negative Ladung zeigt die Kraft entgegengesetzt zur Feldrichtung.

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= Elektrische Feldstärke =

Die elektrische Feldstärke ist ein Vektor. Sie besitzt also Betrag und Richtung. Definiert ist sie durch

<math>\vec E=\frac{\vec F_\mathrm{el}}{q}</math>

Daraus folgt für die Kraft auf eine Ladung:

<math>\vec F_\mathrm{el}=q\cdot\vec E</math>

Die Einheit lautet

<math>1\,\frac{\mathrm N}{\mathrm C}=1\,\frac{\mathrm V}{\mathrm m}</math>

'''Beispiel:''' Auf eine positive Ladung von <math>q=2{,}0\,\mathrm{\mu C}</math> wirkt eine Kraft von <math>F=0{,}006\,\mathrm N</math>. Dann gilt:

<math>E=\frac{0{,}006\,\mathrm N}{2{,}0\cdot10^{-6}\,\mathrm C}=3000\,\frac{\mathrm N}{\mathrm C}</math>

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=Og2oCitoyn8 |500|center}}

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= Feldlinien =

Feldlinien machen ein elektrisches Feld sichtbar. Sie sind ein Modell und keine materiellen Fäden.

# [[Feldrichtung]]: Die Tangente an eine Feldlinie zeigt die Richtung der Kraft auf eine positive Probeladung.
# [[Feldliniendichte]]: Wo Feldlinien dichter liegen, ist das Feld stärker.
# [[Ladungsvorzeichen]]: Feldlinien beginnen an positiven und enden an negativen Ladungen oder im Unendlichen.
# [[Feldlinienregel]]: Feldlinien schneiden sich nicht, weil das Feld an jedem Ort nur eine Richtung besitzt.

[[Datei:Electric-dipole-field-lines-and-equipotential-lines.svg|500px|rahmenlos|center]]

Bei einem elektrischen Dipol liegen eine positive und eine negative Ladung nahe beieinander. Die Feldlinien verlaufen von der positiven zur negativen Ladung.

[[Datei:Electric field.gif|500px|rahmenlos|center]]

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= Wichtige Feldformen =

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== Radiales Feld ==

Das Feld einer idealen Punktladung ist radial. Bei einer positiven Ladung zeigen die Feldlinien nach außen, bei einer negativen nach innen. Der Betrag der Feldstärke ist

<math>E=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\cdot\frac{|Q|}{r^2}</math>

Das Feld wird mit zunehmendem Abstand schnell schwächer.

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== Homogenes Feld ==

Ein Feld heißt homogen, wenn Feldstärke und Feldrichtung überall gleich sind. Im Feldlinienbild verlaufen die Linien parallel und mit gleichem Abstand. Näherungsweise entsteht ein solches Feld zwischen zwei großen, parallelen Kondensatorplatten, wenn man den Randbereich vernachlässigt.

[[Datei:VFPt capacitor.svg|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=1273Eo9rmbc |500|center}}

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= Plattenkondensator =

Ein [[Plattenkondensator]] besteht aus zwei leitenden Platten, die durch einen Isolator getrennt sind. Werden die Platten mit einer Spannungsquelle verbunden, tragen sie entgegengesetzte Ladungen. Zwischen ihnen wird elektrische Energie im Feld gespeichert.

[[Datei:Capacitor schematic.svg|420px|rahmenlos|center]]

Für das annähernd homogene Feld gilt:

<math>E=\frac{U}{d}</math>

Dabei ist <math>U</math> die Spannung zwischen den Platten und <math>d</math> ihr Abstand.

'''Beispiel:''' Zwischen zwei Platten liegt <math>U=600\,\mathrm V</math>. Ihr Abstand beträgt <math>d=0{,}020\,\mathrm m</math>.

<math>E=\frac{600\,\mathrm V}{0{,}020\,\mathrm m}=30000\,\frac{\mathrm V}{\mathrm m}</math>

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=DSycxbxLeWc |500|center}}

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= Elektrisches Potential und Spannung =

Das [[Elektrisches Potential|elektrische Potential]] beschreibt die potentielle Energie pro Ladung. Die [[Elektrische Spannung|Spannung]] zwischen zwei Orten ist die Potentialdifferenz:

<math>U=\frac{W}{q}</math>

Für die elektrische Arbeit gilt damit:

<math>W=q\cdot U</math>

Äquipotentiallinien verbinden Orte gleichen Potentials. Entlang einer solchen Linie ist keine elektrische Arbeit nötig. Äquipotentiallinien stehen senkrecht auf Feldlinien.

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= Überlagerung von Feldern =

Wirken mehrere Ladungen, überlagern sich ihre Felder. Die einzelnen Feldstärkevektoren werden vektoriell addiert:

<math>\vec E_\mathrm{ges}=\vec E_1+\vec E_2+\vec E_3+\dots</math>

Dieses [[Superpositionsprinzip]] erklärt komplexe Feldlinienbilder. An manchen Orten verstärken sich Teilfelder, an anderen schwächen sie sich ab.

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= Leiter, Influenz und Abschirmung =

In einem metallischen Leiter können sich Elektronen bewegen. Ein äußeres elektrisches Feld verschiebt sie, bis im Inneren eines ruhenden Leiters kein elektrisches Feld mehr besteht. Diese Ladungstrennung ohne Berührung heißt [[Influenz]].

[[Datei:Electroscope showing induction.png|420px|rahmenlos|center]]

Eine geschlossene leitende Hülle schirmt ihren Innenraum gegen äußere statische elektrische Felder ab. Dieses Prinzip heißt [[Faradayscher Käfig]]. Es wird zum Beispiel bei Fahrzeugkarosserien, Messgeräten und abgeschirmten Kabeln genutzt.

[[Datei:Faradays ice pail experiment.png|500px|rahmenlos|center]]

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= Anwendungen und Sicherheit =

Elektrische Felder werden in Kondensatoren, Kopierern, Laserdruckern, Touchscreens, Teilchenbeschleunigern und Filtern genutzt. In Gewittern können starke Felder zur Ionisation der Luft und zu einem [[Blitz]] führen.

'''Sicherheit:''' Experimente mit hoher Spannung dürfen nur mit geeigneten Schulgeräten und unter Aufsicht einer Lehrkraft durchgeführt werden. Führe niemals Experimente an Steckdosen durch und öffne keine geladenen Kondensatoren.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=V7U9n5EHtZE |500|center}}

{{BR}}
= Interaktive Aufgaben =

{{BR}}
== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{MC}}

'''Was beschreibt ein elektrisches Feld?'''
(Den Raum, in dem elektrische Kräfte auf Ladungen wirken)
(!Die Bewegung eines Körpers ohne Kraft)
(!Nur den Strom in einem Kabel)
(!Die Temperatur eines geladenen Körpers)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wie ist die Feldrichtung festgelegt?'''
(Durch die Kraftrichtung auf eine positive Probeladung)
(!Durch die Bewegungsrichtung jeder negativen Ladung)
(!Durch die Richtung der Erdanziehung)
(!Durch die Farbe der Feldlinien)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wie lautet die Definition der elektrischen Feldstärke?'''
(E gleich F durch q)
(!E gleich q durch F)
(!E gleich U mal d)
(!E gleich F mal q)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Einheit kann für die elektrische Feldstärke verwendet werden?'''
(Newton pro Coulomb)
(!Coulomb pro Newton)
(!Watt pro Sekunde)
(!Kilogramm pro Volt)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Warum schneiden sich Feldlinien nicht?'''
(Weil das Feld an einem Ort nur eine Richtung hat)
(!Weil Feldlinien aus Metall bestehen)
(!Weil alle Ladungen positiv sind)
(!Weil elektrische Felder immer homogen sind)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wie sehen Feldlinien in einem homogenen Feld aus?'''
(Parallel und gleichmäßig beabstandet)
(!Kreisförmig um jede Platte)
(!Ungeordnet und unterbrochen)
(!Nur senkrecht nach unten)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Beziehung gilt näherungsweise im Plattenkondensator?'''
(E gleich U durch d)
(!E gleich U mal d)
(!E gleich d durch U)
(!E gleich q durch U)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''In welche Richtung verlaufen Feldlinien eines Dipols?'''
(Von der positiven zur negativen Ladung)
(!Von der negativen zur positiven Ladung)
(!Nur im Kreis um beide Ladungen)
(!Immer senkrecht nach oben)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was gilt im Inneren eines ruhenden metallischen Leiters?'''
(Die elektrische Feldstärke ist null)
(!Die Feldstärke ist überall maximal)
(!Alle Elektronen sind verschwunden)
(!Das Potential ändert sich sprunghaft)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wie werden mehrere elektrische Felder überlagert?'''
(Durch vektorielle Addition der Feldstärken)
(!Durch Multiplikation aller Ladungen)
(!Durch Addition nur ihrer Beträge)
(!Durch Division der Spannungen)

{{E}}
<br>

{{BR}}
== Memory ==

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Elektrische Feldstärke || Kraft pro Ladung
|-
| Probeladung || Kleine positive Ladung zum Untersuchen
|-
| Feldlinie || Tangente zeigt Feldrichtung
|-
| Homogenes Feld || Parallele gleichabständige Feldlinien
|-
| Radialfeld || Feld einer Punktladung
|-
| Äquipotentiallinie || Linie gleichen Potentials
|-
| Influenz || Ladungstrennung ohne Berührung
|-
| Faradayscher Käfig || Abschirmende leitende Hülle
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Drag and Drop ==

<div class="lueckentext-quiz">

{| class="wikitable"
! Ordne die richtigen Begriffe zu.
! Elektrisches Feld
|-
| '''Feldlinien zeigen nach außen'''
| Positive Punktladung
|-
| '''Feldlinien zeigen nach innen'''
| Negative Punktladung
|-
| '''Abstoßende Kraft'''
| Gleichnamige Ladungen
|-
| '''Anziehende Kraft'''
| Ungleichnamige Ladungen
|-
| '''Annähernd homogenes Feld'''
| Plattenkondensator

|}
{{E}}

<br>
<br />

{{BR}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| Coulomb || Nach welchem Physiker ist das Kraftgesetz zwischen Punktladungen benannt?
|-
| Feldlinie || Welche gedachte Linie zeigt an jedem Punkt die Feldrichtung?
|-
| Potential || Welche Größe beschreibt die potentielle Energie pro Ladung?
|-
| Influenz || Wie heißt die Ladungstrennung in einem Leiter ohne Berührung?
|-
| Kondensator || Welches Bauteil speichert Energie in einem elektrischen Feld?
|-
| Probeladung || Welche kleine positive Ladung dient zur Untersuchung eines Feldes?
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== LearningApps ==

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Elektrisches+Feld+Physik </iframe>

{{BR}}
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.'''<br>
|type="{}"}
Ein elektrisches Feld übt auf elektrische { Ladungen } Kräfte aus. Die Feldrichtung entspricht der Kraftrichtung auf eine positive { Probeladung }. Die Feldstärke ist als Kraft pro { Ladung } definiert. Ihre Einheit kann Newton pro { Coulomb } sein. Feldlinien beginnen an positiven und enden an { negativen } Ladungen. Im homogenen Feld verlaufen die Feldlinien { parallel }. Zwischen großen Kondensatorplatten gilt näherungsweise E gleich U durch { d }. Linien gleichen elektrischen Potentials heißen { Äquipotentiallinien }. Die Ladungstrennung in einem Leiter ohne Berührung heißt { Influenz }. Eine geschlossene leitende Hülle wirkt als Faradayscher { Käfig }.
</quiz>

<br>

{{BR}}
= Offene Aufgaben =

{{BR}}
=== Leicht ===
# [[Feldlinien zeichnen]]: Zeichne die Feldlinien einer positiven und einer negativen Punktladung. Markiere die Pfeilrichtung.
# [[Begriffe erklären]]: Erkläre mit eigenen Worten die Begriffe Feld, Probeladung und Feldstärke.
# [[Alltagsbeispiel]]: Suche ein Alltagsgerät, in dem ein Kondensator vorkommt, und beschreibe seine Aufgabe.
# [[Sicherheitsplakat]]: Gestalte ein kleines Plakat mit Regeln für sichere Elektrostatik-Experimente.

{{BR}}
=== Standard ===
# [[Feldstärke berechnen]]: Erfinde eine Aufgabe zu E gleich F durch q und löse sie mit Einheiten.
# [[Plattenkondensator untersuchen]]: Vergleiche rechnerisch, wie sich die Feldstärke ändert, wenn Spannung oder Plattenabstand verändert werden.
# [[Experiment dokumentieren]]: Beobachte unter Aufsicht einer Lehrkraft ein Elektroskop und erstelle ein Versuchsprotokoll.
# [[Erklärvideo]]: Produziere ein kurzes Video, das den Unterschied zwischen radialem und homogenem Feld erklärt.

{{BR}}
=== Schwer ===
# [[Superposition untersuchen]]: Zeichne für zwei gleichnamige Ladungen die Teilfelder und konstruiere an mehreren Punkten das Gesamtfeld.
# [[Potentialmodell entwickeln]]: Baue ein Geländemodell, das Potential und Äquipotentiallinien veranschaulicht, und erkläre seine Grenzen.
# [[Faradayscher Käfig]]: Plane eine Untersuchung zur Abschirmung eines elektrischen Feldes und begründe geeignete Materialien und Messgrößen.
# [[Transferaufgabe Kondensator]]: Entwickle eine technische Anwendung, bei der ein veränderlicher Plattenabstand als Sensor genutzt wird.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{BR}}
= Lernkontrolle =

# [[Modellkritik Feldlinien]]: Erkläre, welche Eigenschaften eines elektrischen Feldes ein Feldlinienbild gut zeigt und welche Informationen es nicht direkt liefert.
# [[Vergleich von Feldern]]: Vergleiche das elektrische Feld einer Punktladung mit dem Feld eines Plattenkondensators hinsichtlich Richtung, Stärke und räumlicher Veränderung.
# [[Fehleranalyse]]: Eine Schülerin behauptet, eine negative Ladung bewege sich immer in Feldrichtung. Prüfe die Aussage und verbessere sie.
# [[Parameteränderung]]: Bei gleichbleibender Spannung wird der Plattenabstand halbiert. Leite die Änderung der Feldstärke her und erkläre sie anschaulich.
# [[Experimentbewertung]]: Beurteile, ob eine große Probeladung zur Messung eines Feldes geeignet ist. Begründe mit dem Einfluss auf die Feldverteilung.
# [[Anwendungstransfer]]: Erkläre, warum eine Metallkarosserie bei einem äußeren statischen Feld Schutz bieten kann, und nenne Grenzen dieser Aussage.

{{BR}}
= Lernnachweis =

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du
# die Entstehung und Wirkung elektrischer Felder fachsprachlich erklären kannst.
# Feldlinienbilder korrekt deutest und selbst erstellst.
# mit <math>\vec E=\frac{\vec F}{q}</math>, <math>\vec F=q\vec E</math> und <math>E=\frac{U}{d}</math> rechnest.
# Einheiten sicher verwendest und Ergebnisse auf Plausibilität prüfst.
# radiale, homogene und überlagerte Felder vergleichst.
# Potential, Spannung, Influenz und Abschirmung in Zusammenhängen erklärst.
# Sicherheitsregeln bei elektrostatischen Experimenten beachtest.

<br>
<br>

{{BR}}
= OERs zum Thema =

<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Elektrisches_Feld </iframe>

<br>

{{BR}}
= Verknüpfte Lernbereiche =

{| align=center
{{:D-Tab}}
'''[[Elektrisches Feld]]'''
# [[Elektrische Ladung]]
# [[Coulombsches Gesetz]]
# [[Elektrische Feldstärke]]
# [[Feldlinie]]
# [[Elektrisches Potential]]
# [[Plattenkondensator]]
# [[Elektrostatik]]
# [[Faradayscher Käfig]]
|}

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Elektrizitätslehre]]
[[Kategorie:Elektrostatik]]
[[Kategorie:Elektrisches Feld]]
[[Kategorie:Schule]]
[[Kategorie:Klasse 9-10]]
[[Kategorie:Klasse 11-13]]

{{BR}}
= aiMOOC-Projekte =
[[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]]
{{MT}}

Elektrisches Feld - Physik - Versionsgeschichte

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