Die elektrische Feldstärke
Zur genaueren Kennzeichnung eines elektrischen Feldes kann man den Betrag und die Richtung der Kraft auf einen Probekörper bestimmen, der sich in diesem Feld befindet. Die Kraft, die auf einen Körper bestimmter Ladung in einem Punkt des Feldes wirkt, ist ein Maß für die Stärke und die Richtung des Feldes in diesem Punkt. Die Größe wird als elektrische Feldstärke bezeichnet und ist folgendermaßen definiert:
Die elektrische Feldstärke E in einem Punkt gibt an, wie groß die Kraft auf eine positive Probeladung in diesem Punkt ist. Sie kann mit folgender Gleichung berechnet werden:
Die Kraft F wird auch als Feldkraft bezeichnet. Die elektrische Feldstärke ist eine vektorielle Größe, deren Richtung mit der Kraftrichtung auf einen positiv geladenen Körper im Feld übereinstimmt (Bild 1). Trägt der Körper eine negative Ladung, so sind Kraftrichtung und Feldrichtung entgegengesetzt. Als Einheit der Feldstärke ergibt sich 1 N/C. Es gilt:
Die dielektrische
Verschiebung
Bringt man, wie in Bild 2 dargestellt, zwei ungeladene metallische Blättchen,
die eng aneinanderliegen und folglich leitend miteinander verbunden sind,
in ein elektrisches Feld, so erfolgt bei den Blättchen Influenz (Ladungstrennung).
Diese ist umso stärker, je stärker das elektrische Feld ist.
Quantitativ kann man das erfassen, wenn man die Blättchen im Feld
voneinander trennt und anschließend ihre Ladung bestimmt. Man erhält
dann die Flächenladungsdichte:
Damit hat man eine skalare Größe zur Charakterisierung des
Feldes. Zur Bestimmung der Richtung des Feldes kann die Flächennormale,
also ein zur Fläche senkrecht stehender Vektor, genutzt werden.
Das ist sinnvoll, weil elektrische Feldlinien senkrecht aus Leiterflächen
austreten und damit stets die Richtung der Feldlinien mit der Richtung
der Flächennormalen übereinstimmt. Die betreffende vektorielle
Größe wird als dielektrische Verschiebung 
oder auch als Verschiebungsdichte bezeichnet. Somit gilt:
Die dielektrische Verschiebung ist ein Maß
für die auf einer Fläche im elektrischen Feld hervorgerufenen
Ladung und damit zugleich auch ein Maß für die Stärke
des elektrischen Feldes im betreffenden Bereich. Ihr Betrag ergibt sich
als Quotient aus influenzierter Ladung Q
und Fläche A, ihre Richtung ist gleich der Richtung der Flächennormalen.
Zusammenhang zwischen
elektrischer Feldstärke und dielektrischer Verschiebung
Da sowohl durch die elektrische Feldstärke als auch durch die dielektrische
Verschiebung ein und dasselbe elektrische Feld beschrieben werden kann,
muss es zwischen beiden Größen einen Zusammenhang geben. Sie
sind durch die elektrische
Feldkonstante und die Permittivitätszahl
(auch Dielektrizitätszahl und Dielektrizitätskonstante genannt)
miteinander verknüpft. Es gilt:
Elektrische Feldstärke und dielektrische Verschiebung haben die gleiche Richtung, aber unterschiedliche Beträge und natürlich auch unterschiedliche Einheiten. Heute wird meist nur noch mit einer der beiden Feldgrößen gearbeitet und dabei die elektrische Feldstärke bevorzugt.
Elektrische Feldstärke
in speziellen elektrischen Feldern
Ein homogenes Feld ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Feldlinien parallel verlaufen (Bild 3) und die
elektrische Feldstärke an allen Stellen des Feldes gleich groß
ist. Den Betrag der Feldstärke kann man durch folgende Überlegung
ermitteln (Bild 3):
Für die Verschiebung einer Ladung Q im elektrischen Feld ist eine
Arbeit erforderlich:
Damit verfügt man über eine einfache Gleichung zur Berechung
der Feldstärke
im homogenen elektrischen Feld.
Sie ist z.B. im Inneren eines Plattenkondensators nur von der Spannung
zwischen den Platten und dem Plattenabstand abhängig.
Relativ einfach berechnen lässt sich auch die
elektrische Feldstärke
in einem Radialfeld einer Punktladung (Bild 4), also für ein
inhomogenes Feld.
Für die Feldstärke in einem solchen Feld gilt:
Die Feldstärke hängt somit von der Größe der felderzeugenden
Ladung und davon ab, wie groß der Abstand von ihr ist, wobei sich
der Betrag der Feldstärke mit dem Quadrat des Abstandes verringert.
Überlagerung
elektrischer Felder
Wirken auf einen geladenen Körper mehrere elektrische Felder ein,
dann gilt für die auf den Körper wirkende Kraft das Superpositionsprinzip:
Beim Wirken mehrere Felder auf einen geladenen
Körper ergibt sich die resultierende Kraft auf ihn als Vektorsumme
der einzelnen Feldkräfte.