Wieso zeigen die Feldlinien bei Leitern in einem elektrischen Feld auf der Oberfläche senkrecht?
In meinem Buch steht:
Auf leitenden Oberflächen stehen Feldlinien immer senkrecht: Die beweglichen Ladungsträger an der Oberfläche werden so lange verschoben, bis die Kraft keine Komponente mehr parallel zur Oberfläche zeigt.
Kann mir das jemand visuell erklären :D Oder normal den Prozess erklären?
3 Antworten
Leitende Oberflächen besitzen freie Ladungsträger, die frei beweglich sind. Außerdem haben leitende Oberflächen in der Theorie die Eigenschaft, unendlich viel Ladungsträger "bereit zu stellen" (natürlich unter Ladungserhalt). Stehen nun die (elektrischen) Feldlinien (teilweise) parallel auf der Oberfläche, wirkt eine Kraft auf die Ladungsträger, die sie verschiebt. Durch diese Verschiebung ändert sich die Ladungsverteilung genau so, dass die parallele Komponente der Feldlinien abgeschwächt wird. Dies passiert nun so lange, bis die parallele Komponente vollständig verschwunden ist. Übrig bleibt ein elektrisches Feld, was überall senkrecht auf der Oberfläche steht. Und da außerhalb des Leiters keine Ladungsträger frei transportiert werden können, bleiben die Ladungsträger auf der Oberfläche.
Der gleiche "Mechanismus" sorgt übrigens auch dafür, dass es innerhalb von leitenden Körpern kein elektrisches Feld gibt (nur ein überall konstantes elektrisches Potenzial).
Gibt es vielleicht eine Analogie zur Gravitation? Wenn ich senrkecht auf eine Dose Kraft ausübe verschiebt sie sich ja kaum, nur wenn ich seitlich auf sie einwirke dann verschiebt sie sich... :o Ich frage mich nur dann was genau dann senkrecht ist, denn seitlich kann ich ja auch senkrecht zur Dose eine Kraft ausüben. Das verwirrt mich sehr
Feldlinien sind Vektoren und können deswegen IMMER in einen parallelen und einen senkrechten Vektor zerlegt werden.
Der senkrechte Anteil sorgt dafür das das Elektron nahe an der Oberfläche bleibt.
Der parallele Anteil sorgt dafür das das Elektron sich parallel zur Oberfläche bewegt bis irgendwann ein Ort erreicht wird an dem der parallele Anteil verschwindet. Dort bleibt das Elektron dann "sitzen".
Das Beispiel mit der Dose würde in die falsche Richtung führen...
Aber man stelle sich eine Metallkugel vor, die positiv geladen ist. "Die Feldlinien zeigen senkrecht von der Oberfläche weg" bedeutet nicht, dass die Feldlinien alle in die gleiche Richtung zeigen. Man schaut sich einen Punkt der Oberfläche an und stellt fest, dass die Feldlinie, die an diesem Punkt ansetzt, genau von der Oberfläche wegzeit. Sie hat also (egal wie man den Vektor zerlegt) keine Komponente, die parallel zur Oberfläche (an dem betrachteten Punkt) liegt. Das gilt für alle leitenden Körper, egal wie sie geformt sind.
Wenn man also von "oben" Kraft auf eine Dose ausübt, ist diese senkrecht zur Deckfläche der Dose gerichtet. Schiebt man die Dose von der Seite, greift die Kraft senkrecht auf die Mantelfläche der Dose an.
Analogie zur Gravitation: ein Planet (muss nicht unbedingt rund sein!), der vollständig mit Wasser bedeckt ist. Das Wasser verschiebt sich solange (oder fließt solange "bergab"), bis es sich genau so verteilt hat, dass die Gravitationskraft überall senkrecht zur Wasseroberfläche steht. Der Vergleich ist aber gefährlich. Wenn man genauer darüber nachdenkt, stellt man fest, dass es doch nicht ganz das gleiche ist...
Auf leitenden Oberflächen stehen Feldlinien immer senkrecht: Die beweglichen Ladungsträger an der Oberfläche werden so lange verschoben, bis die Kraft keine Komponente mehr parallel zur Oberfläche zeigt.
Der zweite Satz ist doch bereits die Erklärung des ersten.
Dann nimm als bildhafte Erklärung das Gravitationsfeld eines fiktiven Planeten, der nur aus Wasser besteht. Die Wassermoleküle fließen solange hin und her, bis die Oberfläche an allen Punkten senkrecht zu den Feldlinien des Gravitationsfeldes ist.
So ist es ja auch auf unserem Planeten.
Danke aber ich frage mich, was der Auslöser dafür ist..
Weil das der kürzeste Weg ist? Meinst du jetzt diese magnetischen Feldlinien wenn man zB Eisenstaub nimmt?
Bestehen Feldlinien aus einer horizontalen und vertikalen Komponente oder wie soll ich die Abschwächung der parallelen Komponente verstehen? :o