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Einheit
Volt pro Meter (V/m)
Einfach erklärt
Die elektrische Feldstärke E gibt an, wie „stark" ein elektrisches Feld an einer bestimmten Stelle ist – also mit welcher Kraft es auf eine kleine Ladung wirken würde. Am einfachsten lässt sich das an einem Plattenkondensator zeigen: Legt man an zwei parallele Platten im Abstand d eine Spannung U an, entsteht dazwischen ein nahezu homogenes (überall gleich starkes) Feld mit der Feldstärke E = U / d. Je höher die Spannung oder je kleiner der Plattenabstand, desto stärker das Feld. Die Einheit ist Volt pro Meter (V/m).
Merksatz: Feldstärke = Spannung pro Weg. Doppelte Spannung bei gleichem Abstand verdoppelt die Feldstärke, halbierter Abstand bei gleicher Spannung verdoppelt sie ebenfalls.
Fortgeschrittene Erklärung
Allgemein ist die elektrische Feldstärke als Kraft pro Ladung definiert: E = F/Q, gemessen in N/C, was dimensionsgleich zu V/m ist. E ist eine Vektorgröße mit Betrag und Richtung; sie zeigt in Richtung der Kraft, die auf eine positive Probeladung wirken würde. Im homogenen Feld eines idealen Plattenkondensators (Plattenabstand d klein gegenüber der Plattenfläche, Randeffekte vernachlässigt) vereinfacht sich die allgemeine Beziehung E = −dV/dx (negativer Gradient des elektrischen Potenzials) zu E = U/d, da das Feld überall parallel und konstant ist.
In inhomogenen Feldern – etwa um eine Punktladung, an Spitzen und Kanten von Elektroden oder bei gekrümmten Leiteroberflächen – ist die Feldstärke ortsabhängig und muss lokal über den Potenzialgradienten bestimmt werden; Feldlinien verdichten sich dort, wo die Feldstärke besonders hoch ist. Das ist in der Hochspannungstechnik von großer praktischer Bedeutung: An scharfen Kanten oder dünnen Leitern können lokal sehr hohe Feldstärken auftreten, die die Durchschlagfestigkeit des umgebenden Isoliermediums überschreiten und zu Teilentladungen (Koronaeffekt) oder zum vollständigen Durchschlag führen können. Trockene Luft hat bei Normaldruck eine ungefähre Durchschlagfestigkeit von rund 3 kV/mm (3·10⁶ V/m); bei der Isolationskoordination von Schaltanlagen, Kabeln und Kondensatoren ist die maximale Feldstärke daher eine zentrale Auslegungsgröße.
Fachlicher Hinweis: Die Formel E = U/d gilt exakt nur für das idealisierte homogene Feld. Bei realen Anordnungen mit Randeffekten, unterschiedlichen Dielektrika oder gekrümmten Elektroden weicht die tatsächliche Feldstärkeverteilung von diesem einfachen Modell ab.
Wichtige Formeln und Zusammenhänge
U ist die anliegende Spannung in Volt, d der Abstand zwischen den Elektroden in Metern. Die allgemeine Definition E = F/Q gilt für jedes elektrische Feld, auch inhomogene.
Beispiel und Vorgehensweise
Ein Plattenkondensator wird mit U = 230 V betrieben, der Plattenabstand beträgt d = 5 mm = 0,005 m. Gesucht ist die elektrische Feldstärke zwischen den Platten.
- Gegebene Werte notieren: U = 230 V, d = 0,005 m.
- Formel wählen: E = U / d.
- Werte einsetzen: E = 230 V / 0,005 m.
- Ergebnis berechnen: E = 46.000 V/m = 46 kV/m.
- Plausibilität prüfen: 46 kV/m liegt weit unter der Durchschlagfestigkeit von Luft (≈ 3.000 kV/m) – die Anordnung ist unkritisch.
Mit U = 230 V und d = 0,005 m ergibt sich E = U/d = 230 V / 0,005 m = 46.000 V/m = 46 kV/m. Zum Vergleich: Bei Hochspannungskabeln wird die Isolierstärke gezielt so dimensioniert, dass die maximale Feldstärke am inneren Leiter deutlich unter der Durchschlagfestigkeit des Isoliermaterials bleibt, da dort – anders als beim idealen Plattenkondensator – die Feldstärke wegen der zylindrischen Geometrie nicht konstant, sondern zum Leiter hin am größten ist.
Für eine vollständige technische Bewertung wären zusätzlich die Durchschlagfestigkeit des konkreten Isoliermediums, Sicherheitsabstände/Isolationskoordination nach den einschlägigen Normen sowie Umgebungseinflüsse wie Feuchtigkeit und Verschmutzung zu berücksichtigen.
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Passende Rechner
Weiterführend
Passende Berechnungen findest du im Feldstärke-Rechner. Eigene Tabellen und Übersichten gibt es im Tabellenbuch.