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.
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:
- $E$ = 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.
• $U = 9\,\text{V}$
• $d = 0{,}6\,\text{cm} = 0{,}006\,\text{m}$
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.
• $U = 300\,\text{V}$
• $d = 0{,}15\,\text{mm} = 0{,}00015\,\text{m}$
Rechnung:
$E = \frac{U}{d} = \frac{300\,\text{V}}{0{,}00015\,\text{m}} = 2\,000\,000\,\text{V/m} = \mathbf{2000\,\text{kV/m}}$
• 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:
- $U_{\text{max}}$ = Maximale Spannung vor Durchschlag
- $E_d$ = Durchschlagsfeldstärke des Materials
- $d$ = Dicke des Dielektrikums
Beispiel EB104: PTFE-Kondensator
• Durchschlagsfestigkeit PTFE: $E_d = 400\,\text{kV/cm}$
• Foliendicke: $d = 0{,}15\,\text{mm} = 0{,}015\,\text{cm}$
Rechnung:
$U_{\text{max}} = E_d \cdot d = 400\,\frac{\text{kV}}{\text{cm}} \cdot 0{,}015\,\text{cm} = \mathbf{6\,\text{kV}}$
Elektrische Feldlinien
Frage EB105: Bei einer Vertikalantenne zeigen die mit X gekennzeichneten Feldlinien das elektrische Feld.
• Haben Anfang und Ende
• Verlaufen von + nach −
• Bei Antenne: senkrecht zum Strahler
• Symbol: E
• Sind geschlossene Schleifen
• Umkreisen den Stromfluss
• Bei Antenne: konzentrische Kreise
• Symbol: H
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 |
• 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?
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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?
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Wie werden die mit X gekennzeichneten Feldlinien einer Vertikalantenne bezeichnet?
