Feldtheorie: Elektrisches Feld

Was sind Feldlinien?

Eine Feldlinie zeigt lediglich die Richtung an, die eine Testladung (normalerweise als positiv betrachtet) während der Bewegung unter dem Einfluss aller anderen im System betrachteten Ladungen nehmen würde. Diese Ladung wird normalerweise als sehr klein angesehen, damit ihr eigenes Feld keine Auswirkungen auf das System hat.

Was ist ein Feld?

Ein Feld ist eine Region, der an jedem Punkt im Raum ein Wert zugeordnet ist. Bei Ladungen spricht man vom elektrischen Feld, weil den Punkten im Raum beim Einbringen einer Ladung unterschiedliche Werte für eine Größe wie elektrische Feldstärke oder Potential zugeordnet werden.

Schließlich können wir für ein bestimmtes System so viele Feldlinien zeichnen, wie wir wollen, aber dann wird die Anzahl der Feldlinien, die wir für andere Systeme zeichnen, bestimmt und muss proportional zu den Stärken des elektrischen Felds an diesen Punkten sein. Elektrische Feldlinien zeigen nur die Bewegungsrichtung einer kleinen Testladung, während ihre Dichte uns einen Hinweis auf die Feldstärke an einem Punkt gibt.

Die elektrischen Feldlinien wurden von Faraday erfunden, um die Richtung und Stärke des elektrischen Feldes in einem bestimmten Raum sichtbar zu machen. Während das elektrische Feld an jedem Punkt im Raum eine Richtung und Stärke hat, kann die elektrische Feldlinie willkürlich so gewählt werden, dass sie durch jeden beliebigen Punkt des Feldes verläuft. Die Anzahl der Feldlinien, die sie normalerweise pro Flächeneinheit überqueren, ist ein Maß für die Stärke des Feldes. Sie können für diese Visualisierung eine beliebige, bequeme Anzahl von Feldlinien wählen

Analysieren wir einfach eine Punktladung, um dies zu vereinfachen

Zuerst müssen wir verstehen, wie elektrische Energie übertragen wird, also müssen Sie eine Sekunde bei mir bleiben.

Elektrische Energie wird durch Photonenwellen übertragen, also quantisiert. Eines dieser Quanten können wir uns als Kamm einer dreidimensionalen Welle vorstellen. Stellen Sie sich eine Blase vor, die sich im Laufe der Zeit vergrößert, zentriert auf unsere Punktladung (Feldlinien sind im Grunde nur die Ausbreitungsrichtung dieser Welle. Dies ist unsere elektrische Energie, die in dieser Blase enthaltene Energiemenge ist konstant. Diese Energie (E *) ist eine Funktion der Ladung (Q) und der "Vakuumpermittivitätskonstante "e":

Nun, da wir (hoffentlich) dieses Gesetz verstehen, wollen wir elektrische Feldlinien diskutieren.

Elektrische Feldlinien sind im Grunde nur Pfeile, die in Richtung der Wellenausbreitung zeigen, wie oben gezeichnet. Sie werden verwendet, um die Richtung der Energie (und der daraus resultierenden Kraft auf ein geladenes Teilchen) darzustellen, die (in Form von Photonenwellenblasen) von der Punktladung ausgeht. Diese Linien beschreiben, wohin eine Welle geht, die Dicke in diesen Linien würde dann beschreiben, wie vielWenn Sie dorthin gehen, können Sie die Größe des elektrischen Felds und einen Punkt mit der Dicke der Linien an diesem Punkt beschreiben, wenn Sie dies wünschen, dies ist jedoch kein Standard. Wenn mehrere Ladungen beteiligt sind, können ihre "Energiewellen" konstruktiv und destruktiv interferieren und Feldlinien erzeugen, die nicht mehr radial sind und für mich etwas schwieriger zu zeichnen sind. elektrische Feldlinien sind nur eine Visualisierungstechnik, keine physikalische Realität in der Natur. Die Menge der Feldlinien hängt wirklich nur davon ab, wie detailliert ein menschlicher "Künstler" mit seiner Visualisierung eines elektrischen Feldes werden wollte. Meine Zeichnung hat 8 Feldlinien; das bedeutet aber nur, dass ich ein Faulpelz war, aber es kann Ihnen nichts über das System sagen, das ich beschrieben habe. Wenn wir versuchen würden, alle MÖGLICHEN Feldlinien in einem System zu visualisieren, wir würden am Ende versuchen, die Geschwindigkeiten aller in einer Wellenfront vorhandenen Photonen zu verfolgen; das ist nicht möglich, und selbst wenn, würde ich davon abraten, es zu versuchen.