Probenladungen

Probenladungen, auch als Testladungen bezeichnet, sind kleine geladene Körper, die in elektrischen Feldern platziert werden, um deren Eigenschaften zu untersuchen. Sie dienen als Referenz, um das lokale Feld zu bestimmen, indem man die auf die Probenladung wirkende Kraft misst oder deren Bahn im Feld beobachtet. In der Theorie wird das Feld am Ort der Probenladung durch das Feld der Ursprungsladungen beschrieben, sofern die Probenladung klein genug gewählt ist und das Feld dadurch nicht signifikant verzerrt wird. Die ideale Vorstellung einer Probenladung ist eine infinitesimal kleine Testladung, sodass E = F/q eine Eigenschaft des Feldes bleibt und nicht von der Probenladung abhängt.

Anwendungen finden sich in der Kartierung von Feldverteilungen in elektrischen Bauteilen, der Kalibrierung von Feldsensoren und der Diagnostik von Plasmen, wo geladene Teilchen als Proben dienen. Praktisch wird der Probenladung eine bekannte Größe q zugeordnet, und aus der Messung der gemessenen Kraft oder der Ablenkung lässt sich das Feld E an diesem Ort ableiten. Bei beweglichen Probenladungen kann auch die Trajektorie eines Teilchens genutzt werden, um das Feld rekonstruktiv zu bestimmen.

Beschränkungen ergeben sich daraus, dass die Probenladung selbst ein Feld erzeugt, das die Gesamtsituation verändert. Größere Ladungen oder schwere Proben können die Feldverteilung verzerren oder Messungen beeinträchtigen. Um Verzerrungen zu minimieren, wählt man kleine Ladungen, möglichst geringe Masse oder zeitlich aufgelöste Messungen und ergänzt die Messungen durch Modelle oder Simulationen.

Siehe auch: Elektrisches Feld, Testladung, Feldkartierung.