Testladungen

Testladungen sind in der Elektromagnetismus- und Feldtheorie idealisierte Probeladungen, die verwendet werden, um das elektrische Feld zu charakterisieren. Sie dienen dazu, das Feld zu messen oder zu veranschaulichen, ohne das Feld durch die Eigenwirkung der Ladung signifikant zu verändern. Typischerweise handelt es sich um eine sehr kleine Ladung, sodass der Einfluss der Testladung auf die Verteilung der Quelle-Ladungen vernachlässigbar bleibt.

In der Praxis gilt das Verhältnis F = q E, wobei F die auf die Testladung wirkende Kraft, q deren Ladung und E die lokale elektrische Feldstärke ist. Da das Feld durch die Quelle bestimmt wird, wird E unabhängig von der Testladung definiert. Die Testladung dient somit als Maßstab, um die Feldstärke an einem Punkt zu bestimmen. Mathematisch lässt sich das Feld auch über das Potenzial V ausdrücken: E = -∇V.

Typischerweise wird eine Testladung als Punktladung angenommen, um das Feld einer Verteilung zu beschreiben. Das Vorzeichen der Ladung bestimmt die Richtung der Kraft; positive Testladungen erfahren eine Kraft in Richtung des Feldes, negative entsprechend entgegengesetzt.

Anwendungen umfassen das Mapping von Feldern, die Berechnung der Kraft auf eine Probeladung in gegebenen Feldkonfigurationen sowie die Einführung von Potential und Feldlinien in der Lehre. Einschränkungen ergeben sich daraus, dass die Annahme einer ungestörten Quelle-Ladungsverteilung nur gilt, solange q klein bleibt. Bei größeren Ladungen oder dichter Umgebung muss die Störung des Feldes berücksichtigt werden. Die Konzeptualisierung der Testladung ist eine zentrale Hilfsgröße in der Elektrostatik und in vielen Lehrbüchern der Physik.