Elektrisches Feld
Das elektrische Feld
Das elektrische Feld (E-Feld) ist ein fundamentales Konzept der Elektrotechnik. Es entsteht überall dort, wo ein Spannungsunterschied existiert - zum Beispiel zwischen den Platten eines Kondensators oder rund um eine Antenne.
Das homogene elektrische Feld
Frage EB101: Zwischen zwei parallelen Kondensatorplatten bildet sich bei anliegender Gleichspannung ein homogenes elektrisches Feld.
Homogen bedeutet: Das Feld ist überall gleich stark und hat dieselbe Richtung. Die Feldlinien verlaufen parallel von der positiven zur negativen Platte.
Die elektrische Feldstärke
Die elektrische Feldstärke $E$ gibt an, wie stark das elektrische Feld an einem Punkt ist. Zwischen zwei parallelen Platten gilt die einfache Formel:
Formel: $E = \frac{U}{d}$
- $E$ = Elektrische Feldstärke in V/m (Volt pro Meter)
- $U$ = Spannung in V (Volt)
- $d$ = Abstand der Platten in m (Meter)
Beispiel EB102: Plattenkondensator
Frage EB102: Ein Plattenkondensator mit 0,6 cm Plattenabstand und 9 V Spannung.
Gegeben:
- $U = 9\,\text{V}$
- $d = 0{,}6\,\text{cm} = 0{,}006\,\text{m}$
Rechnung:
$E = \frac{U}{d} = \frac{9\,\text{V}}{0{,}006\,\text{m}} = \mathbf{1500\,\text{V/m}}$
Beispiel EB103: Wickelkondensator
Frage EB103: Ein Wickelkondensator mit 0,15 mm Dielektrikum und 300 V Spannung.
Gegeben:
- $U = 300\,\text{V}$
- $d = 0{,}15\,\text{mm} = 0{,}00015\,\text{m}$
Rechnung:
$E = \frac{U}{d} = \frac{300\,\text{V}}{0{,}00015\,\text{m}} = 2\,000\,000\,\text{V/m} = \mathbf{2000\,\text{kV/m}}$
💡 Einheiten-Tipp: Achte auf die Einheiten! Bei kleinen Abständen (mm) wird die Feldstärke sehr groß.
- 1 kV/m = 1000 V/m
- 1 MV/m = 1.000.000 V/m
Durchschlagsfestigkeit
Frage EB104: Jedes Isoliermaterial (Dielektrikum) hat eine Grenze, ab der es den Strom nicht mehr isoliert - die Durchschlagsfestigkeit.
Die maximale Spannung berechnet sich aus:
Formel: $U_{\text{max}} = E_d \cdot d$
- $U_{\text{max}}$ = Maximale Spannung vor Durchschlag
- $E_d$ = Durchschlagsfeldstärke des Materials
- $d$ = Dicke des Dielektrikums
Beispiel EB104: PTFE-Kondensator
Gegeben:
- Durchschlagsfestigkeit PTFE: $E_d = 400\,\text{kV/cm}$
- Foliendicke: $d = 0{,}15\,\text{mm} = 0{,}015\,\text{cm}$
Rechnung:
$U_{\text{max}} = E_d \cdot d = 400\,\frac{\text{kV}}{\text{cm}} \cdot 0{,}015\,\text{cm} = \mathbf{6\,\text{kV}}$
⚠️ Wichtig: PTFE (Teflon) wird in HF-Anwendungen verwendet wegen seiner hohen Durchschlagsfestigkeit und geringen Verluste.
Elektrische Feldlinien
Frage EB105: Bei einer Vertikalantenne zeigen die mit X gekennzeichneten Feldlinien das elektrische Feld.
Elektrische Feldlinien
- Haben Anfang und Ende
- Verlaufen von + nach −
- Bei Antenne: senkrecht zum Strahler
- Symbol: E
Magnetische Feldlinien
- Sind geschlossene Schleifen
- Umkreisen den Stromfluss
- Bei Antenne: konzentrische Kreise
- Symbol: H
Merkhilfe: Elektrische Feldlinien haben Enden (Anfang und Ende).
Magnetische Feldlinien sind Magische Kreise (geschlossen).
Zusammenfassung für die Prüfung
| Frage | Thema | Richtige Antwort |
|---|---|---|
| EB101 | Feld im Plattenkondensator | Homogenes elektrisches Feld |
| EB102 | E-Feld: 9V, 0,6cm | 1500 V/m ($E = U/d$) |
| EB103 | E-Feld: 300V, 0,15mm | 2000 kV/m ($E = U/d$) |
| EB104 | Max. Spannung PTFE | 6 kV ($U = E_d \cdot d$) |
| EB105 | Feldlinien Vertikalantenne | Elektrische Feldlinien |
💡 Prüfungstipp: Bei E-Feld-Rechnungen immer auf die Einheiten achten!
- cm → m: durch 100 teilen
- mm → m: durch 1000 teilen
- kV/m ↔ V/m: Faktor 1000
Wissenskontrolle
0 / 5 Fragen richtigWelches Feld stellt sich zwischen zwei parallelen Kondensatorplatten bei Anliegen einer Gleichspannung in Näherung ein?
Alle Funktionen nutzen
Registriere dich kostenlos, um alle 5 Fragen zu üben, deinen Fortschritt zu speichern und schwierige Fragen zu markieren.
Bereits registriert? Anmelden
An einem Plattenkondensator mit 0,6 cm Plattenabstand werden 9 V angelegt. Wie groß ist die elektrische Feldstärke zwischen den beiden Platten näherungsweise?
An den Metallbelägen eines Wickelkondensators mit 0,15 mm starkem Kunststoff-Dielektrikum liegt eine Spannung von 300 V. Wie hoch ist die elektrische Feldstärke zwischen den Metallbelägen ungefähr?
Ein Kondensator in einer Senderendstufe hat eine 0,15 mm starke PTFE-Folie als Dielektrikum. Die Durchschlagsfestigkeit von PTFE beträgt ca. 400 kV/cm. Wie groß wäre die maximale Spannung, die an den Kondensator angelegt werden kann, ohne dass die Folie durchschlagen wird?
Wie werden die mit X gekennzeichneten Feldlinien einer Vertikalantenne bezeichnet?
