Der Feldbegriff (Hochdruck über Österreich)

In der Wetterkarte sind jedem Ort eine bestimmte Temperatur und ein bestimmter Druck zugeordnet. Physikalisch gesehen sind also in der Karte übereinander zwei Felder dargestellt, nämlich ein Temperatur- und ein Druckfeld (F1). In beiden Fällen handelt es sich um ein Skalarfeld (F2). Klar, in welche Richtung sollte die Temperatur auch zeigen?

Ein dir bereits bekanntes Feld ist das Gravitationsfeld. Es handelt sich dabei um ein Kraftfeld. Nehmen wir mal die Erde. An jedem Punkt in ihrer Umgebung hat die Gravitationskraft eine exakt bestimmbare Richtung und Größe. Es gibt keinen Punkt, an dem es eine unbestimmbare Kraft gibt. Jeder Satellit fällt somit durch ein exakt bestimmbares Gravitationsfeld, und deshalb kann man seine Bahn auch exakt berechnen (F3). Weil eine Kraft durch einen Vektor dargestellt wird, handelt es sich beim Gravitationsfeld um ein Vektorfeld.

Die Ellipsenbahn eines Satelliten im Gravitationsfeld der Erde. Die Feldlinien geben die Richtung der Kraft an. An einigen Punkten sind zusätzlich die Kraftvektoren eingezeichnet.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Kraftfelder darzustellen. Oft zeichnet man die Feldlinien ein. Das sind gedachte Linien, die die Richtung der Gesamtkraft an jedem Punkt des Raumes anzeigen. Die Dichte der Feldlinien gibt die Stärke der Kraft an. In der Nähe der Erdoberfläche sind sie dichter, und dort ist somit auch die Gravitationskraft größer. Wie viele Feldlinien man in eine Abbildung einzeichnet, ist reine Geschmackssache und ändert nichts an den Kraftverhältnissen. Warum? Verdoppelt man die Linienanzahl, dann verdoppeln sie sich an jeder Stelle des Feldes, wodurch die relativen Verhältnisse gleich bleiben.

Um jede Masse befindet sich ein Gravitationsfeld und um jede Ladung ein elektrisches Feld. Auch bei diesem handelt es sich um ein Kraftfeld. Dieses kann man mit Grießkörnern im Hochspannungsfeld sehr schön zeigen. Analog zum Gravitationsfeld gilt auch hier: Sind die Feldlinien enger, also in der Nähe der Ladungen, ist auch das elektrische Feld stärker. Es gibt nur eine Art von Masse, aber es gibt zwei Arten von Ladungen, nämlich positive und negative. Man hat sich darauf geeinigt, dass die Feldlinien von Plus zu Minus laufen. Sie geben also die Richtung der Kraft an, die auf eine positive Probeladung wirkt.

Die Richtung der Feldlinien

Die folgende Tabelle gibt dir einen Überblick über verschiedene Felder.

Die „Kraftfelder" in der Science-Fiction sind zwar faszinierend, haben aber eher mit Fiction und weniger mit Science zu tun.