Feld (Physik)

In der Physik spielt der Begriff Feld eine zentrale Rolle. Ein Feld besteht aus einem Raum, der leer oder stofferfüllt sein kann, und messbaren physikalischen Eigenschaften, die jedem Raumpunkt zugeordnet werden können. Die physikalischen Größen können auch mehrkomponentig sein, wie bei der Geschwindigkeit. Diese physikalischen Größen nennt man Feldgrößen.

Beispiele

Man verwendet den Feldbegriff in allen Zweigen der Physik. Beispiele sind

• Elektrisches Feld
• Magnetfeld
• (Konservatives) Kraftfeld
• Schallfeld
• Temperaturfeld
• Geschwindigkeitsfeld
• Dichtefeld
• Gravitationsfeld

Motivation des Begriffs

Die Motivation zur Einführung des Feldbegriffs liegt

1. einerseits in der einfacheren Beschreibung physikalischer Vorgänge in Vielteilchensystemen. Statt alle Orte und Geschwindigkeiten der Einzelteilchen angeben zu müssen, ermöglicht die Feldbeschreibung eine elegante Methode, Temperatur und Dichte eines Gases oder einer Flüssigkeit zu behandeln.
2. andererseits in der Beachtung der Nahwirkung, die wegen der endlichen Übertragungsgeschwindigkeit physikalischer Ereignisse und Wechselwirkungen in Betracht gezogen werden muss. Das Feld besteht dann aus nicht weiter reduzierbaren physikalischen Größen, wie im elektromagnetischen Feld und im Gravitationsfeld.

Einteilung der Felder

Eine andere Einteilung von Feldern ist ihre mathematische Natur:

• Skalarfelder haben Skalare als Feldgrößen, wie die Massedichte und die Temperatur. Ein wichtiges Skalarfeld ist das Potential
• Vektorfelder haben Vektoren als Feldgrößen, wie die elektrische Feldstärke und die Kraft
• Tensorfelder haben Tensoren als Feldgrößen, wie die Elastische Spannung
• Spinorfelder haben Spinoren als Feldgrößen, wie die Stromdichte in relativistischer Feldbeschreibung (Dirac-Feld); auch Felder mit Spinoren höherer Ordnung sind beschreibbar
• statische Felder besitzen Feldgrößen, die zeitunabhängig sind
• stationäre Felder besitzen Feldgrößen, die eine stationäre Strömung einer Flüssigkeit beschreiben
• quasistationäre Felder besitzen Feldgrößen, deren zeitliche Veränderung vernachlässigbar ist.

Anwendung

Im praktischen Umfeld finden die Vektorfelder die größte Verbreitung. Sie können besonders anschaulich mit Hilfe von Feldlinien beschrieben werden, deren Tangenten in jedem Raumpunkt die Richtung der Feldgrößen (Vektoren) darstellen. Die Feldstärke, also die Beträge der Feldvektoren in den Raumpunkten, wird durch die Dichte der Feldlinien dargestellt. Solche Feldlinien können in Experimenten verdeutlicht werden, man denke an das magnetische Feld, das mittels Eisenfeilspänen dargestellt werden kann.

Feldlinien können von bestimmten Punkten im Raum ausgehen (den Quellen) und in anderen Punkten verschwinden (den Senken). Solche Felder heißen Quellenfelder. Beispiel hierfür ist das elektrostatische Feld einer positiven und negativen elektrischen Ladung.

Feldlinien anderer Felder können nur in sich geschlossen auftreten. Man spricht dann von einem Wirbelfeld. Beispiel hierfür ist das Magnetfeld.

Siehe auch: Teilchen