Kann ein elektrisches Feld ein geladenes Teilchen passieren, sodass das geladene Teilchen dahinter Energie erhalten kann?

Ich schätze, Sie missverstehen das Konzept des elektrischen Felds, lassen Sie mich Ihnen helfen.

Das elektrische Feld ist nicht wie eine Flüssigkeit, die mit Hindernissen kollidiert und danach ihre Ausbreitung ändert.

Jedes Feld (elektrisch, gravitativ oder magnetisch) ist ein Bereich des Raums, in dem es an jedem Punkt einen einzelnen, genau definierten Wert einer bestimmten physikalischen Größe gibt. Diese Felder entstehen durch das Vorhandensein einer Ladung in einer bestimmten Region, und die Reichweite des Feldes, das sie erzeugen, verschwindet bei unendlichen Entfernungen von der Ladung. Dies ist in der Gleichung des elektrischen Feldes zu sehen, das durch eine punktförmige elektrische positive Ladung erzeugt wird:

Beantwortung Ihrer Frage: Nein, eine Ladung wird das elektrische Feld niemals absorbieren, da es sich um eine punktabhängige Größe handelt$r$. Jede Ladung, die in einem nicht unendlichen Abstand von der ersten Ladung platziert wird, spürt das elektrische Feld mit einer Intensität, die durch die spätere Gleichung gegeben ist.

Aktuelle Antworten scheinen sich auf statische Felder zu konzentrieren, während sich die Frage auf Felder zu richten scheint, die Vorfälle ausbreiten. Ich werde versuchen, dies (rein klassisch) anzusprechen. Unabhängig davon, ob man elektrische Felder als etwas Körperliches betrachtet oder nicht, Prozesse ähnlich dem, was Sie beschreiben, finden ständig (wenn auch nur teilweise) in Leitern und Dielektrika statt, aber es ist sicherlich nicht der Fall, dass ein sich ausbreitendes elektrisches Feld vollständig "absorbiert" wird, wenn es auf a trifft Ladung, sonst könnte sich Licht niemals durch die Atmosphäre ausbreiten.

Wenn eine elektromagnetische Welle entlang einer Achse einfallen würde, die zwei freie Ladungen enthält, die irgendwie so angeordnet sind, dass sie in dem Moment, in dem die ankommende Welle die erste Ladung erreicht, zunächst in Ruhe sind, würde die Reaktion der ersten sicherlich die Reaktion der zweiten beeinflussen: Die erste beschleunigt als Reaktion auf das veränderliche Feld, was dazu führt, dass es seine eigene Strahlung erzeugt, die die ursprüngliche Welle stört, und man könnte sich die Anpassung an das sich ausbreitende Nettofeld so vorstellen, dass die erste Ladung die einfallende Welle teilweise "absorbiert". Aber wie sich die Dinge genau entwickeln, hängt auf komplizierte Weise von der ankommenden Welle ab – ihrer Frequenz, Amplitude und Breite. Was man mit ziemlicher Sicherheit sagen kann, ist, dass es das eingehende Feld nicht vollständig auslöschen konnte.

Denken Sie daran, dass E&M linear ist und daher das Überlagerungsprinzip hat: Man kann sich die Dynamik als die einfallende Welle vorstellen, die sich genau so fortsetzt, wie sie es ohne die Ladungen tun würde, plus die Störung der Felder, die die Ladungen erzeugen, wenn sie sich bewegen. Im Allgemeinen kann eine einzelne Ladung keine große Störung aufbringen, sodass die Welle größtenteils ihren fröhlichen Weg fortsetzen würde. Nur mit massenhaft ungehemmt reagierenden Ladungssystemen lässt sich eine effektive Abschirmung gegen sich ausbreitende Felder wie in einem Faraday-Käfig erreichen.

Ihr Punkt zum "Blockieren" des elektrischen Felds ist insofern interessant, als das, was Sie vorschlagen, im Konzept der Elektronenabschirmung oder -abschirmung ähnelt , bei der Elektronen der äußeren Hülle teilweise von der Anziehungskraft der Protonen im Kern abgeschirmt oder "blockiert" werden. Dies wird tatsächlich durch Elektronen der inneren Schale verursacht, und das elektrische Feld des Kerns wird reduziert.

Abbildung: Die Elektronenabschirmung beruht auf der Blockierung der Anziehungskraft der Valenzschalenelektronen durch den Kern aufgrund der Anwesenheit von Elektronen in der inneren Schale. Die innere Elektronenwolke (hellblau) schirmt das interessierende äußere Elektron von der vollen Anziehungskraft des Kerns ab. Eine größere Abschirmwirkung führt zu einer Abnahme der Ionisationsenergie .

In einem elektrischen Feld "passieren" die Feldlinien die Ladungen nicht wirklich, wie Sie vorgeschlagen haben, aber sie spüren eine Kraft und werden durch das Feld beschleunigt. Aber sie "absorbieren" das Feld nicht wirklich, da das Feld vor und nach der Wechselwirkung mit geladenen Teilchen im Feld unverändert ist (sie ändern ihre Energie, wenn sie mit dem Feld interagieren).

Das elektrische Feld ist ein Raumbereich, in dem ein geladenes Teilchen an jedem Punkt in diesem Bereich eine Kraft erfährt. Angenommen, wir ignorieren die elektrischen Felder der einzelnen Ladungen$^1$im größeren elektrischen Feld$\vec E$, die Position einer Ladung relativ zu einer anderen, oder wenn wir "eine hinter der anderen" haben, ist irrelevant und beide Ladungen erfahren immer noch eine Kraft, die von ihrer Position abhängt. Das elektrische Feld (Kraft pro Ladungseinheit) ist gegeben durch

$^1$Einzelne Ladungen haben elektrische Felder, die sich gegenseitig beeinflussen , aber hier betrachten wir die Wirkung einer großen zentralen Ladung auf Einheitsladungen in diesem Feld.

Es hängt davon ab, ob:

1. Eine einzelne Ladungseinheit, die sich an einem festen Punkt im Raum befindet, erzeugt ein eigenes Feld, das sich einem bereits vorhandenen Feld überlagert, daher das lokale Feld beeinflusst, aber keine abschirmende Wirkung hat, sondern es wird lediglich seinen eigenen Beitrag zum globalen Feld leisten.

Beispielsweise bei der Berechnung des elektrischen Feldes, das sich aus einer homogenen Kugelladungsverteilung ergibt (Maxwell$+$Gauss), addieren sich die Beiträge der aufeinanderfolgenden Schichten einfach, das resultierende Feld ist also die Summe aller elementaren Beiträge, es gibt keine Abschirmwirkung von einer Schicht zur nächsten.

In den vorangehenden Beispielen werden jedoch alle Massen als raumfest betrachtet, daher ist die Problemstellung im Wesentlichen statisch, als ob die Ladungen durch einen magischen Klebstoff an Ort und Stelle gehalten würden.

2. In der Praxis findet man Ladungen jedoch in Isolatoren, Leitern, Halbleitern, Plasmen.

Bei Leitern wirken die freien Elektronen eher abschirmend wie im Faraday-Käfig.

• Wenn eine kugelförmige (quasi-homogene) Ladungsverteilung aufgebaut wird, indem eine große Menge geladener konzentrischer Hohlkugelleiter (gegeneinander isoliert) mit zunehmendem Durchmesser (wie bei einer russischen Puppe) gestapelt werden, schirmt jede Schale die Außenwelt von den Ladungen ab in den anderen inneren Sphären enthalten ist, die es umschließt, und die einzige Sphäre, die zum Feld außerhalb des Sphärenstapels beiträgt, wird der Beitrag der äußersten Schale sein.

• In diesem letzten Beispiel ist die Abschirmwirkung jedoch nicht auf die einzelnen Ladungen als solche zurückzuführen, sondern auf ihre Fähigkeit, sich innerhalb jeder einzelnen Hohlkugel frei zu bewegen. Dies ist eine kollektive Wirkung der freien Elektronen.

• Ein weiteres Beispiel liefert die Bragg-Beugung: Eine elektromagnetische Welle (zB Röntgenstrahlen) wird von einer kristallinen Matrix (zB Diamant) reflektiert, wenn die Geometrie die Bragg-Bedingungen erfüllt. Auch in diesem Fall ist es ein kollektives Verhalten der Elektronen der Atome der kristallinen Matrix, das für die Reflexion verantwortlich ist, nicht die Ladungen einzeln.

Ja, genauso wie die Schwerkraft der Erde durch den Stuhl, auf dem Sie sitzen, zu Ihnen gelangen kann.

Es wird auch eine elektrische Kraft zwischen den beiden Teilchen geben, abhängig von ihrer Ladung + Entfernung, aber die Coulomb-Kräfte addieren sich einfach linear für stationäre geladene Teilchen, genau wie Gravitationskräfte sich linear addieren.

Ein elektrisches Feld zwischen zwei Platten wird beispielsweise durch große Mengen geladener Teilchen in jeder Platte erzeugt, von denen sich viele gegenseitig aufheben (z. B. neutrale Atome mit jeweils gleicher Anzahl), aber zumindest in guter Näherung addiert sich alles nur linear .

(Elektromagnetismus und Gravitation sind unterschiedliche Grundkräfte und verhalten sich in gewisser Weise unterschiedlich, nicht nur in Bezug auf unterschiedliche "Ladungen" (elektrisch vs. Masse). Beispielsweise erzeugen beschleunigende Ladungen Radiowellen etwas anders als beschleunigende Massen Gravitationswellen erzeugen. Aber sie sind in dieser Hinsicht gleich, und ich denke, dies ist eine nützliche Analogie.)

Kann ein elektrisches Feld ein geladenes Teilchen durchdringen? … Wäre diese Ladung in der Lage, dieses elektrische Feld zu erzeugen?

Definitiv Ja. Die Maxwell-Gleichungen sind in den Feldern linear. Das bedeutet, dass das Superpositionsprinzip gilt und das Feld an jedem Punkt gleich der Summe der Felder aller Ladungen ist. Ladungen „blockieren“ das elektromagnetische Feld nicht.

Nun haben andere Antworten Abschirmeffekte erwähnt, und sie sind nicht falsch. Abschirmeffekte sind kein Beispiel dafür, dass das Feld blockiert wird, sondern eher ein Beispiel dafür, dass ein Feld in der entgegengesetzten Richtung bereitgestellt wird. Wenn Sie beispielsweise eine positive Ladung haben, erhalten Sie ein Feld, und wenn Sie eine negative Ladung nahe der positiven haben, ist ihr Feld fast entgegengesetzt. Wenn Sie also beide haben, heben sie sich fast auf und Sie haben fast kein Feld mehr. Nicht weil das eine das Feld des anderen aufnahm, sondern weil sie sich einfach zu einem kleinen Gesamtfeld addierten.

Da das Feld energetisch ist, würde es meiner Meinung nach von Ladung absorbiert werden 🤔. Nehmen wir an, dass sich zwei Elektronen hintereinander befinden, so dass es so aussieht, als würde ein Elektron vorne das elektrische Feld blockieren, um das Elektron dahinter zu erreichen.

Wie in Ihrer vorherigen Frage müssen Sie den Satz von Poynting verstehen, um die Energieeinsparung in EM zu verstehen. Damit eine Ladung Energie aus dem Feld absorbiert, ist dies erforderlich$\vec E \cdot \vec J$muss größer als 0 sein. Wenn die Ladungen alle stationär sind, dann$\vec J=0$es wird also keine arbeit geleistet. Nur wenn sich die mittlere Ladung bewegt, würde ein Teil der Energie nicht verfügbar sein, um die letzte Ladung zu erreichen.