Materialabhängigkeit von Elektrischem Feld und elektrischer Flussdichte?
Guten Tag zusammen,
ich bin verunsichert im Hinblick auf die Materialabhängigkeit von Feldgrößen.
Grundsätzlich ist der Zusammenhang über das Materialgesetz D = ∊ E bekannt. Dabei sieht es ja so aus, als wenn das materialunabhängige elektrische Feld mit einem Materialfaktor multipliziert wird und dann die materialabhängige Flussdichte ergibt. In diverser Fachliteratur wird jedoch angegeben, dass D das Ursachenfeld (konstant über verschiedene Dielektrika) und E das Wirkungsfeld ist, also genau umgekehrt. Was ist nun die richtige Auffassung, gehe derzeit von einem materialabhängigen E-Feld und einem materialunabhängigen D aus. Danke für die Aufklärung!
Beste Grüße
2 Antworten
Grundsätzlich ist der Zusammenhang über das Materialgesetz D = ∊ E bekannt. Dabei sieht es ja so aus, als wenn das materialunabhängige elektrische Feld mit einem Materialfaktor multipliziert wird und dann die materialabhängige Flussdichte ergibt.
Stell die Formel mal um: E = D / ∊
Jetzt "sieht es so aus", als ob die materialunabhängige Flussdichte durch einen Materialfaktor dividiert wird und dann das materialabhängige elektrische Feld ergibt.
Ich glaube Dein Denkfehler liegt darin, dass Du beim Blick auf die Formel eine naheliegende Annahme getroffen hast, ohne sie zu prüfen bzw. ohne den genauen Zusammenhang zu verstehen.
Falls es Dich beruhigt: Ich habe diese Zusammenhänge weder während meines Studiums exakt verstanden, noch danach ;-)
Und auch nie gebraucht.
Allerdings fand ich Deine Frage als Anstoß zu einer auffrischenden Übung interessant und habe einige Bücher gewälzt. Weil ich das verstehen will. Sollte doch eigentlich nicht so schwer sein.
Hier meine Erkenntnisse (ich glaub ich hab's jetzt endlich verstanden):
Das D-Feld beschreibt die Ursache des Feldes, d. h. Ladungen im Raum, z. B. Elektronen auf Kondensatorplatten. Die sind selbstverständlich unabhängig vom Material im Feld (z. B. Dielektrikum).
Das E-Feld beschreibt die Wirkung des Feldes, und die ändert sich, wenn man den Raum verändet. Du kannst Beispielsweise ein Dielektrikum in einen Kondensator geben und daraufhin "bricht das E-Feld ein" bzw. die gemessene Spannung am Kondensator verrigert sich. Diese Aussage passt übrigens exakt zur umgestellten Formel: Je größer ∊ des Dielektrikums, desto kleines das resultierende E-Feld.
Bei mir hat's auf Seite 19 des folgenden Dokuments "klick" gemacht, evtl. hilft Dir das auch weiter:
https://www.ate.uni-due.de/data/get12/GET1_2_Elektrisches_Feld_HO.pdf
Danke dir, die Erkenntnis ist schlüssig und sehr hilfreich!
Der sog. "Verschiebungsfluss" ist ein Maß für die auf einer Elektrode befindlichen Ladungen (da diese ja erst durch eine "Verschiebung" dort gelandet sind). In Abhängigkeit der mechanischen Abmessungen der Elektrode kann man jetzt die DICHTE dieses Verschiebungsflusses definieren - das ist die sog. "Verschiebungsdichte" D (oder auch "Flussdichte).
Damit ist D also weiterhin ein Maß für die Ladungen - jetzt nur bezogen auf die Fläche.
Diese Ladungen sind nun aber auch die Ursache eines E-Feldes. Deshalb ist es logisch zu sagen, dass das D-Feld die Ursache des E-Feldes ist.
Denkmodell: Zwei Plattenkondensatoren mit gleichen Abmessungen (Fläche A, Abstand d) und gleicher Spannung, die angelegt wird:
- Das E-Feld ist nur von Spannung U und Abstand d abhängig und ist E=U/d.
- Die Ladungsverteilung Q bestimmt die el. Flussdichte D=Q/A mit Q=C*U und C=e*A/d (e:epsilon).
- Also ist die Kapazität C und damit Q und damit D von der Diel.konstante e abhängig (bei E=konstant)