Physikalische Felder: Gravitation, Elektro- und Magnetismus

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Geschrieben am 5. April 2026 in Deutsch mit einer Größe von 4,3 KB

Gravitationsfeld

Es ist ein Kraftfeld, das auf Körper mit Masse wirkt.
Die ausgeübte Kraft ist proportional zur Masse.
Die Schwerkraft ist immer attraktiv.
Das Feld ist in jedem Punkt durch den Vektor der Feldstärke definiert: g = F / m.
Die Gravitationsfeldstärke einer Punktmasse ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes: g = G · m/r².
Die Gravitationskonstante G ist in allen Medien gleich.
Es ist ein konservatives Kraftfeld.
Die Arbeit, um eine Masse zwischen zwei Punkten im Feld zu bewegen, ist unabhängig von der Flugbahn.
Das Gravitationspotential V an einem Punkt ist die potentielle Energie pro Masseneinheit: E_p = mV.
Das Gravitationspotential einer Punktmasse ist umgekehrt proportional zum Abstand: V = GM / r.

Elektrisches Feld

Es ist ein Kraftfeld, das auf Körper mit elektrischen Ladungen wirkt.
Die ausgeübte Kraft ist proportional zur elektrischen Ladung.
Die elektrische Kraft kann anziehend oder abstoßend sein.
Das Feld ist in jedem Punkt durch den Vektor der Feldstärke definiert: E = F / q.
Die Intensität des elektrischen Feldes einer Punktladung ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung: E = K · Q / r².
Die elektrostatische Konstante K variiert je nach Medium.
Es ist ein konservatives Kraftfeld.
Die Arbeit, um eine Ladung zwischen zwei Punkten im Feld zu bewegen, ist unabhängig von der Flugbahn.
Das elektrische Potential V an einem Punkt ist die potentielle Energie pro positiver elektrischer Ladung: E_p = qV.

Magnetfeld

Es ist ein Kraftfeld, das auf bewegte elektrische Ladungen wirkt.
Die ausgeübte Kraft ist proportional zur elektrischen Ladung.
Die magnetische Kraft kann anziehend oder abstoßend sein.
Das Feld ist in jedem Punkt durch den Vektor der magnetischen Induktion B definiert: F = q(v × B).
Das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung: dB = (μ₀I / 4π) · (dl × uᵣ / r²).
Die magnetische Permeabilität μ variiert je nach Medium.
Es ist ein nicht-konservatives Kraftfeld. Die Arbeit hängt von der Flugbahn ab; ein magnetisches Potential kann nicht definiert werden.

Aktion des Magnetfeldes auf bewegte Ladungen

Typ	Berechnung	Anwendungen
Magnetische Kräfte auf eine Ladung (Lorentz-Kraft)	F = q(v × B)	Teilchenbeschleuniger, Massenspektrometer
Magnetkraft eines Leiters	F = I(L × B)	Galvanometer
Kräfte zwischen Strömen	Ampere-Definition	Definition der Stromstärke

Coulomb-Gesetz

Die Kraft zwischen elektrischen Ladungen ist direkt proportional zum Produkt der Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung: F = K · (Q₁ · Q₂) / r².

Eigenschaften

Die Kraft wirkt entlang der Verbindungslinie zwischen den Ladungen.
Die Kraft kann anziehend oder abstoßend sein.
Es handelt sich um Fernwirkungskräfte, die auch im Vakuum wirken.
Erfüllt das Prinzip von Aktion und Reaktion.
Erfüllt das Superpositionsprinzip.
Zentrale Kraft: Die Richtung konvergiert an einem Punkt.
Konservative Kraft: Die Arbeit entspricht der Änderung der potentiellen Energie.

Studium des elektrischen Feldes

Ein geladener Körper erzeugt in seiner Umgebung ein zentrales, konservatives Feld.

Teilchenbeschleuniger

Geräte, die geladene Teilchen auf hohe kinetische Energien beschleunigen, um Kernreaktionen zu untersuchen. Beim Zyklotron gilt: F_mag = F_zentripetal.

v_max = (q · B · R) / m
T = 2πR / v

Ein Massenspektrometer nutzt Magnetfelder, um die Massen verschiedener Isotope zu messen.