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Forum: HF, Funk und Felder Unterschied zwischen D und E Feld


Autor: Titi (Gast)
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Hallo,
 Ich möchte gern den Unterschied zwischen D und E feld wissen.
Dank

Autor: Zipp (Gast)
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Das E Feld ist das elektrische Feld und das D Feld ist das 
Verschiebungsfeld. Beides sind Vektorfelder. Im Vakuum sind beide 
identisch. In einem normalen, isotropen Dielektrikum wird das DFeld um 
das Epsilon (Dielektrizitaetskonstante) ueberhoeht, quasi gesammelt. In 
einem beliebigen dieletrikum kann die Dielektrizitaetskonstante ein 
Tensor sein, was bedeutet dass D und E nicht mehr parallel sein muessen.

Autor: Titi (Gast)
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Das E Feld ist  das FELD Intensität und das D Feld  das Feld Densität

Autor: Zipp (Gast)
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Interessant waere noch das Verhalten an Stossstellen, welches der beiden 
Felder ist stetig in der einen oder anderen Komponente. Das geht aber 
aus Maxwell hervor. Man muss es sich einfach mal in Ruhe ueberlegen.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo
> Hallo,
>  Ich möchte gern den Unterschied zwischen D und E feld wissen.
> Dank

das E-Feld berücksichtigt die Wirkungen aller Ladungen, während das 
D-Feld ausschließlich die Wirkung der freien Ladungen berücksichtigt.

Bsp:
In einem Kondensator mit Dielektrikum berechnet sich
- das D-Feld aus den Ladungen an den Kondensatorplatten
- das E-FEld aus den Ladungen an den Kondensatorplatten und den im 
Dielektrikum vorhandenen Ladungen

Gruß,
  Michael

Autor: U. B. (pasewalker)
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> ... die Wirkung der freien Ladungen ...

Was sind denn dann "unfreie" Ladungen ???

---

Beispiel:

Plattenkondensator ohne Dielektrikum, Annahme homogenes E- bzw. D-Feld 
zwischen den Platten:

Sowohl auf den Platten als auch auf einer parallelen Fläche dazwischen
( im Vakuum ! ), wird überall die gleiche Ladung

Q=CU^2/2  mit C=ε(0)*ε(r)*A/d

verschoben.

Ist ε(r)>1 , wird bei gleicher Spannung natürlich mehr Ladung 
verschoben, aber wiederum an jeder Stelle des Kondensators.
Das gilt selbstverständlich auch dann, wenn das Dielektrikum geschichtet 
ist.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> Was sind denn dann "unfreie" Ladungen ???
mit allen Ladungen meine ich:
- die Ladung der Atomrümpfe in der metallischen Platte des
  Plattenkondensators
- die Ladung der Atomhülle (Elektronen)
- alle Ladungen des Dielektrikums

Gesamtladungen
Wenn ich die Felder dieser Ladungen zusammenrechne, so müßte das 
Gesamtfeld im Kondensator herauskommen.

Bei dieser Vorstellung treten gewisse Probleme auf, da sich die Ladungen 
im Atom quantenmechanisch (mikroskopisch) verhalten, während die 
Maxwellgleichungen eine rein makroskopische Theorie ist. Das ist jedoch 
hier nicht das Thema. Denn was man zur Feldberechnung des D-Feldes im 
Kondensator normalerweise macht, ist etwas ganz Anderes.

Berechnung des D-Feldes
Um das D-Feld zu berechnen, ermittelt man ausschließlich den 
Ladungsüberschuß auf jeder Platte und berücksichtigt die Ladungen im 
Dielektrikum überhaupt nicht.

Das D-Feld entsteht also ausschließlich durch den Überschuß an freien 
Ladungen auf jeder Platte (d. h. die "freien" Elektronen im 
Elektronengas; vielleicht ist "frei" nicht ausreichend, sondern man muß 
über die "überschüssigen freien" Ladungen sprechen). Es berücksichtigt 
die Verschiebung der inneratomaren Ladungen im Dielektrikum nicht und 
ist insofern materialunabhängig.

Vom D-Feld zum E-Feld
Vom D-Feld kommt man zum E-Feld über zwei Annahmen:
1) die Feldwirkung der gebundenen Ladungen (Atomrumpf + Hüllelektronen) 
im Metall kompensieren einander
2) die Feldwirkung der Ladungsverschiebung im Dielektrikum läßt sich 
durch einen Faktor epsilon_r beschreiben.


Freundliche Grüße,
Michael Lenz

Autor: Tom (Gast)
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@Michael Lenz

lass mich raten, Du hast Physik studiert ?    genau so lernt man es und 
damit es es auch vollkommen klar was Unterscheid zwischen D und E ist

-->Das E Feld ist das elektrische Feld und das D Feld ist das
Verschiebungsfeld,  darunter kann sich der Fragesteller sicher erst 
recht nix vorstellen ;)


Gruß

Tom

Autor: U. B. (pasewalker)
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Jedenfalls hat der Vektor E die Dimension von Spannung pro Länge
( Einheit z.B. V/m ) und der Vektor D die Dimension von Ladung pro 
Fläche ( z.B. in As/m² ).

> Vom D-Feld kommt man zum E-Feld über zwei Annahmen:
> 1) ...
> 2) die Feldwirkung der Ladungsverschiebung im Dielektrikum läßt sich
> durch einen Faktor epsilon_r beschreiben.

Da auch im Plattenkondensator mit Vakuum als "Dielektrikum", also mit
epsilon_r=1 ein E-Feld herrscht, gibt es also auch im leeren Raum eine 
Ladungsverschiebung, offenbar in diesem Fall von gar nicht vorhandenen, 
also fehlenden Ladungen ?!

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>lass mich raten, Du hast Physik studiert ?

Na, bei diesem Nachnahmen...

Befindet sich in einem aufgeladenen Plattenkondensator ein Dielektrikum, 
wird durch Polarisation im Dielektrikum ein Gegenfeld erzeugt, das das 
von außen angelegte Feld schwächt. Das von außen angelegte Feld ist das 
D-Feld und wird von allen Ladungen auf den Kondensatorplatten erzeugt. 
Das geschwächte Feld im Inneren des Dielektrikum dagegen ist das E-Feld.

Es gilt:

D = epsilon_r x epsilon_0 x E = epsilon_0 x E + P

D, E und P sind Vektoren, P ist die dielektrische Polarisation des 
Dielektrikum.

Kai Klaas

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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> Da auch im Plattenkondensator mit Vakuum als "Dielektrikum", also mit
> epsilon_r=1 ein E-Feld herrscht, gibt es also auch im leeren Raum eine
> Ladungsverschiebung, offenbar in diesem Fall von gar nicht vorhandenen,
> also fehlenden Ladungen ?!

Hallo Pasewalker,
es existiert im Vakuum ein Strom; die Ladungen fehlen hingegen. Es 
handelt sich dabei um den sogenannten Verschiebestrom. Der 
Verschiebestrom schließt den Stromkreis im Bereich zwischen den Platten 
des Kondensators.

Verschiebestrom = zeitliche Ableitung des D-Feldes mal 
Querschnittsfläche

Der Verschiebestrom tritt in den Maxwellgleichungen (Durchflutungssatz) 
gleichberechtigt mit den Leiterströmen auf. Er erzeugt somit auch ein 
H-Feld.

Die wesentliche Eigenschaft des Verschiebestromes besteht darin, daß er 
auch auftreten kann, wenn sich gar keine Ladungen mehr in der Nähe 
befinden. Wenn man elektromagnetische Wellen mit einer Antenne 
abstrahlt, so befinden sich in der Antenne zwar schon noch Ladungen. 
Doch nachdem die Welle sich von der Antenne gelöst hat und sich von ihr 
wegbewegt, spielen diese Ladungen für das weitere Geschehen keine Rolle 
mehr.

In der Welle passiert folgendes:
1) B-Änderungen erzeugen E-Felder (Induktionsgesetz)
2) E-Felder gehen mit D-Feldern einher (epsilon_r)
3) D-Änderungen erzeugen H-Felder (Durchflutungsgesetz)
4) H-Felder gehen mit B-Feldern einher (µ_r)
5) weiter mit 1

Der Unterschied zwischen B- und H-Feldern ist ganz ähnlich wie zwischen 
D- und E-Feldern. B-Felder berücksichtigen alle Ströme (also auch die 
inneratomaren Ströme), H-Felder enthalten nur freie Ströme.

Für elektrotechnische Überlegungen ist es wichtig zu wissen, welche 
elektrischen Größen zu welchen magnetischen Größen gehören. Beim 
Transformator mit nichtlinearem Kern macht man sich beispielsweise 
vieles einfacher, wenn man von Anfang an berücksichtigt:

u gehört zur Flußdichte (B-Feld)
i gehört zur Feldstärke (H-Feld)

Die Größen Induktivität L bzw. Gegeninduktivität M stammen aus 
Überlegungen, bei denen man die Materialgleichungen (B=µH u. ä.) schon 
mit eingerechnet hat.


Freundliche Grüße
Michael Lenz

Autor: Matthias (Gast)
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> Das von außen angelegte Feld ist das
> D-Feld und wird von allen Ladungen auf den Kondensatorplatten erzeugt.
> Das geschwächte Feld im Inneren des Dielektrikum dagegen ist das E-Feld.

Jetzt bin ich total verwirrt... Also nimmt bei konstanter elektrischer 
Erregung D und steigenden Werten von εr die elektrische Feldstärke E ab.

Aber ich dachte immer ein hohes εr führt dazu, daß das Feld sich stärker 
im Dielektrikum konzentriert, quasi gebündelt wird. Demnach müßte sich 
die elektrische Feldstärke im Dielektrikum mit steigendem er erhöhen.
Und wieso steigt die Kapazität eines Kondensators mit steigendem er, 
wenn doch die elektrische Feldstärke abnimmt ?

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Jetzt bin ich total verwirrt...

Hälst du die Spannung am Kondensator konstant, bliebt beim Einbringen 
des Dielektrikums das E-Feld unverändert, aber das D-Feld wird größer. 
Das geht aber nur, wenn zusätzliche Ladungen auf die Kondensatorplatten 
fließen. Wegen C = Q / U erhöht sich daher die Kapazität des 
Kondensators.

Kai Klaas

Autor: Zipp (Gast)
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>lass mich raten, Du hast Physik studiert ?

Diese Felder im Allgemeinen werden schwierig ohne Physikstudium. Dh, 
ohne sollte man sich besser an Elemente halten, die diese 
Funktionalitaet beinhalten, in diesem Fall einen Kondensator. Der ist 
was er ist, und macht was er macht.

Autor: Sextaner (Gast)
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@Zipp, Dein Betrag vom
 > 01.03.2010 15:35
 reicht doch völlig aus, er ist kurz und bündig, so viel mehr steht 
nicht
 im Gymnasialbuch der Unterstufe oder der Berufsschule.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>reicht doch völlig aus, er ist kurz und bündig, so viel mehr steht
>nicht im Gymnasialbuch der Unterstufe oder der Berufsschule.

Ja, vor allem die Geschichte mit dem Tensor war immer meine 
Lieblingstelle im "Gymnasialbuch der Unterstufe"...

Kai Klaas

Autor: Dirk J. (dirk-cebu)
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Prüfer zum Studenten: "Was ist ein D Feld?"
Student: "keine Ahnung."
Prüfer: "Und was ist ein E Feld?"
Student: "weiß ich auch nicht."
Prüfer: "So, ich gebe ihnen noch eine letzte Chance:
Was ist der Unterschied zwischen D Feld und E Feld?"

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