| Elektrische Feldstärke | Spannung pro Strecke | E = U/d. Der Bruch gibt die Einheit vor. |
| Einheit | V/m, Volt je Meter | Volt oben, Meter unten — die Reihenfolge der Formel. |
| Abstand halbiert | Feldstärke verdoppelt | Bei gleicher Spannung. |
| Umgestellt | U = E · d | Aus Feldstärke und Dicke folgt die Spannung. |
| Durchschlagsfestigkeit | höchste Feldstärke, die der Stoff aushält | Wird in kV/cm angegeben. Als E einsetzen. |
| 1 cm | 0,01 m | 0,6 cm sind 0,006 m. |
| 1 mm | 0,001 m | 0,15 mm sind 0,00015 m. |
| 1 kV/cm | 100 000 V/m | 400 kV/cm sind 40 000 000 V/m. |
| Beispiel: 9 V an 0,6 cm | 1500 V/m | 9 V / 0,006 m = 1500 V/m. |
| Beispiel: 0,15 mm PTFE bei 400 kV/cm | 6 kV | 40 000 000 V/m · 0,00015 m = 6000 V. |
Merken: Die Feldstärke ist Spannung pro Strecke, E = U/d, und darum wird sie in Volt je Meter gemessen. Umgestellt ergibt U = E · d aus der Durchschlagsfestigkeit und der Dicke des Dielektrikums die höchstzulässige Spannung. Rechne vor dem Einsetzen jede Länge in Meter um und jede Feldstärke in Volt je Meter. Prüfe am Ende die Zehnerpotenz — dort und nirgends sonst sitzt der Fehler.
Der Zusammenhang
Liegt an zwei Platten eine Spannung, dann verteilt sich diese Spannung auf den Weg von der einen Platte zur anderen. Die elektrische Feldstärke ist genau dieser Anteil: Spannung pro Strecke, E = U/d. Das ist der ganze Kern, und die Einheit steht schon in der Formel — Volt oben, Meter unten, also V/m. Daraus folgt, wie sich die Feldstärke verhält, wenn man etwas verändert: dieselbe Spannung am halben Abstand ergibt die doppelte Feldstärke, weil derselbe Spannungsbetrag auf einer kürzeren Strecke abfallen muss. Und daraus folgt die zweite Art von Aufgabe, denn die Formel lässt sich umstellen zu U = E · d. Jeder Isolierstoff hält nur eine bestimmte Feldstärke aus; dieser Grenzwert ist die Durchschlagsfestigkeit. Setzt man ihn als E ein und die Dicke der Folie als d, bekommt man die höchste Spannung, die das Material noch verträgt. Eine dünnere Folie bedeutet also nicht nur mehr Kapazität, sondern auch weniger Spannungsfestigkeit. Die Falle liegt bei diesen Aufgaben nie in der Formel, sondern immer in den EINHEITEN. In der Formel steht der Meter, in der Aufgabe stehen Zentimeter und Millimeter, und die Durchschlagsfestigkeit wird in Kilovolt je Zentimeter angegeben. Wer 0,6 cm als 0,6 einsetzt oder 0,15 mm als 0,15, liegt um den Faktor hundert oder tausend daneben, und genau solche um Zehnerpotenzen verschobenen Werte stehen bei den Antworten bereit. Also erst alles in Meter und in Volt je Meter umrechnen, dann rechnen. Zum Schluss die Größenordnung prüfen: wenige Volt über wenige Millimeter ergeben einige hundert bis einige tausend V/m, und eine Durchschlagsfestigkeit von Millionen V/m ergibt über Bruchteile eines Millimeters Kilovolt.
Herkunft: Fragenkatalog Klasse E, Fragen EB102 und EB104; der Wert 400 kV/cm für PTFE steht in der Frage selbst. Die Formel E = U/d gehört in der Formelsammlung zum Kondensator-Teil, also zu Blatt 13, die Vorsätze zum Umrechnen von cm und mm stehen auf Blatt 11, Werkstoffangaben auf Blatt 21 (Materialtabellen); die Blattnummern sind aus den Inhaltsangaben der Formelblatt-Analyse abgeleitet, nicht Seite für Seite geprüft. Zusatzwissen und nicht geprüft: dass das Feld zwischen ebenen Platten als gleichmäßig angenommen wird und die einfache Formel deshalb gilt, sowie der Zusammenhang von Foliendicke und Kapazität.