Coulomb-Gesetz Rechner: F = k·q₁·q₂/r² (elektrische Kraft)
Coulomb-Gesetz Rechner F = k·q₁·q₂/r². Elektrische Kraft zwischen Ladungen. k=8,988×10⁹. Presets Proton-Elektron, NaCl, Blitz. Elektrisches Feld, Gravitationsvergleich. Dielektrische Medien εr.
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Coulomb-Gesetz: F = k·q₁·q₂/r²
Das Coulomb-Gesetz (Charles-Augustin de Coulomb, 1785) beschreibt die elektrostatische Kraft zwischen zwei Punktladungen: F = k·|q₁·q₂|/r², mit k ≈ 8,988×10⁹ N·m²/C². Elektrische Gegenstück zum Newton-Gesetz, aber Kraft kann anziehend oder abstossend sein.
Formeln
- F = k·|q₁·q₂|/r²
- Anziehend wenn q₁·q₂ < 0, abstossend wenn > 0
- E = k·q/r² — elektrisches Feld
- F = q·E
- U = k·q₁·q₂/r — potentielle Energie
- V = k·q/r — Potential
Konstante k
k = 8,988×10⁹ (exakt seit 2019). k = 1/(4π·ε₀).
Referenzladungen
| Ladung | Wert (C) |
|---|---|
| Elementarladung e | 1,602×10⁻¹⁹ |
| Geriebener Luftballon | 10⁻⁸ bis 10⁻⁶ |
| Durchschn. Blitz | 5-30 C |
| AA-Batterie | 5.400 C |
Numerische Beispiele
Wasserstoffatom
Proton-Elektron bei 5,29×10⁻¹¹ m: F = 8,24×10⁻⁸ N. Anziehend.
Zwei Protonen im Kern
r = 1 fm: F = 230 N. Durch starke Kernkraft überwunden.
Na⁺-Cl⁻ Kristall
r = 2,81 Å: F = 2,92×10⁻⁹ N. Grundlage Ionenbindung.
Zwei 1 C bei 1 m
F = 9 Milliarden N ≈ 920.000 Tonnen Gewicht.
Blitz 30 C bei 1 km
F = 8,1×10⁶ N.
Geriebener Ballon
10⁻⁷ C bei 10 cm: F = 0,9 mN.
Gravitation vs Elektrizität: 10³⁶
Proton-Proton: F_e/F_g = 1,24×10³⁶. Elektrostatik dominiert subatomar, Gravitation makroskopisch (Ladungen neutralisieren).
Superposition
F_gesamt = F₁ + F₂ + ... (Vektorsumme).
Elektrisches Feld
E = k·Q/r² in N/C oder V/m.
- Atmosphaerisch: 100 V/m
- Gewitter: 10.000 V/m
- Im Atom: 10¹¹ V/m
- Luftdurchbruch: 3 MV/m
Dielektrische Medien
F_Medium = F_Vakuum/ε_r.
| Medium | ε_r |
|---|---|
| Vakuum | 1 |
| Luft | 1,00059 |
| Teflon | 2,1 |
| Glas | 5-10 |
| Wasser | 80,1 |
In Wasser 80× weniger. Salzlösung.
Potentielle Energie
U = k·Q·q/r. Positiv gleicher Vorzeichen, negativ bei gegensaetzlichen. H-Atom: -27,2 eV.
Elektrisches Potential
V(r) = k·Q/r. Volt. AA-Batterie 1,5 V: 1 C benötigt 1,5 J.
Geschichte
Coulomb (1785): Drehwaage.
Cavendish (1773, unveröffentlicht): 12 Jahre früher.
Millikan (1909-13): Öltroepfchen, e. Nobel 1923.
Maxwell (1861-64): EM-Gleichungen.
Anwendungen
Chemie
- Ionenbindung
- Elektrolyse
- VSEPR
Atomphysik
- Bohr-Modell
- Kern-Abstossung
- Fusion (Coulomb-Barriere)
Angewandte Elektrostatik
- Kopierer, Laserdrucker
- Elektrostatische Lackierung
- Abscheider
Elektronik
- Kondensatoren
- Transistoren
- Flash-Speicher
Biologie
- Zellmembranen -70 mV
- Nervenimpulse
- DNA
Meteorologie
- Blitze
- Atmosphaerisches Feld
Coulomb vs Gravitation
| Eigenschaft | Coulomb | Gravitation |
|---|---|---|
| Vorzeichen | ± | Nur + |
| Abschirmung | Ja | Nein |
| Stärke | 10³⁶× Gravitation | Schwaechste |
Grenzen
- Punktladungen/kugelfoermig
- Statisch
- Nicht-relativistisch
- Klassisch
FAQ
Formel?
F = k·|q₁·q₂|/r².
Warum stärker als Gravitation?
10³⁶× zwischen Protonen.
Elementarladung?
e = 1,602×10⁻¹⁹ C.
Elektrisches Feld?
E = k·Q/r².
Vakuum?
Ja. Medium reduziert um ε_r.
1 C aufeinander?
9×10⁹ N bei 1 m.
r → 0?
F → ∞ klassisch. Starke Kernkraft bei < 1-2 fm.
Millikan
1909-13: Öltroepfchen, Ladungen immer Vielfache von e. Nobel 1923.
Häufige Fehler
- r² vergessen (÷4 nicht ÷2)
- cgs vs SI
- k vs ε₀
- Dielektrikum
- Vorzeichen
Aktualisiert im Juli 2026
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