Kraftfelder sind ein fundamentales Konzept der Physik zur Beschreibung von Phänomenen wie Gravitation und Elektromagnetismus. Ein erweiterter Feldbegriff, der auf dem des klassischen Kraftfelds aufbaut, ist grundlegend für die moderne Physik, so die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenfeldtheorien in der Elementarteilchenphysik.

Abweichend hiervon wird der Begriff Kraftfeld auch in der Molekülphysik benutzt. In diesem Zusammenhang wird ein Satz vollständiger Kraftkonstanten eines Moleküls einschließlich aller Wechselwirkungskraftkonstanten Kraftfeld genannt.

Kraftfelder in der klassischen Physik

Von einem Kraftfeld spricht man, wenn auf ein Testobjekt, im Fall des Gravitationsfeldes z. B. eine Testmasse, am Ort $\backslash vec\; r$ eine Kraft $\backslash vec\{F\}$ wirkt. Die Kraft ist eine ortsabhängige vektorielle Größe, also $\backslash vec\{F\}=\backslash vec\{F\}(\backslash vec\; r)$.

Wird das Testobjekt im Kraftfeld bewegt, so wird i.A. die Arbeit $W$ verrichtet. Gilt darüberhinaus für alle geschlossenen Wege $C$

$W=\backslash oint\_C\; \backslash vec\{F\}(\backslash vec\{r\})\backslash cdot\backslash mathrm\{d\}\backslash vec\{s\}=0$,

so wird das Kraftfeld als konservatives Kraftfeld bezeichnet, andernfalls als dissipativ. Das einfachste konservative Kraftfeld ist das homogene Feld mit $\backslash vec\{F\}(\backslash vec\{r\})=\backslash vec\{F\}\_0$ mit dem konstanten Vektor $\backslash vec\{F\}\_0$. Zu einem konservativen Kraftfeld läßt sich ein skalares Potential $\backslash Phi(\backslash vec\{r\})$ definieren, so dass das Feld der negative Gradient des Potentials

$\backslash vec\{F\}(\backslash vec\{r\})=-\backslash nabla\backslash Phi(\backslash vec\{r\})$

ist. Beispiele für konservative Kraftfelder sind das Gravitationsfeld und das elektrische Feld.

Darüberhinaus gibt es in der Physik auch nicht-konservative Kraftfelder. Ein klassisches Beispiel hierfür ist die magnetische Flussdichte $\backslash vec\{B\}$. Erzeugt man $\backslash vec\{B\}$ durch einen stromdurchflossenen Ringleiter, so gilt für die Wege $C$, die den Leiter umschließen $W\; \backslash neq\; 0$. Für die Flussdichte definiert man ein Vektorpotential $\backslash vec\{A\}$, so dass

$\backslash vec\{B\}(\backslash vec\{r\})=\backslash nabla\backslash times\backslash vec\{A\}(\backslash vec\{r\})$

gilt. Das B-Feld heißt dann Wirbelfeld. Es ist quellenfrei. Im gegensatz dazu sind konservative Felder, wie das elektrische Feld, Quellenfelder, die wirbelfrei sind.

Siehe auch

• Physik
• Vektorfeld

Theoretische Physik