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Coulombsches Gesetz

1785
  • Charles-Augustin de Coulomb
Antique electrostatic apparatus demonstrating Coulomb's Law in a vintage laboratory.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Das Coulombsche Gesetz quantifiziert die elektrostatische Kraft zwischen zwei stationären, elektrisch geladenen Teilchen. Die Kraft ist direkt proportional zum Produkt der Größen der Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen. Die Formel lautet [latex]F = k_e \frac{q_1 q_2}{r^2}[/latex]. Diese Kraft kann entweder anziehend oder abstoßend sein.

Das Coulombsche Gesetz ist ein Grundprinzip der Elektrostatik, das in seiner quadratischen Form dem Newtonschen Gesetz der Universelle Gravitation. Die Proportionalitätskonstante, [latex]k_e[/latex], ist als Coulomb-Konstante bekannt und beträgt ungefähr [latex]8,987 \mal 10^9 \text{ N}\cdot\text{m}^2\cdot\text{C}^{-2}[/latex]. Sie wird oft in Form der Permittivität des Vakuums, [latex]\varepsilon_0[/latex], als [latex]k_e = 1/(4\pi\varepsilon_0)[/latex] ausgedrückt. Die Dielektrizitätskonstante spiegelt die Fähigkeit eines Materials (oder Vakuums) wider, elektrische Felder zu übertragen. Die Vektorform des Gesetzes, [latex]\mathbf{F}_{12} = k_e \frac{q_1 q_2}{r_{12}^2} \hat{\mathbf{r}}_{12}[/latex], liefert sowohl den Betrag als auch die Richtung der Kraft, die von der Ladung [latex]q_1[/latex] auf die Ladung [latex]q_2[/latex] ausgeübt wird.

Dieses Gesetz ist grundlegend für die Beschreibung der Wechselwirkungen, die Atome zusammenhalten, da die Kraft zwischen dem positiv geladenen Kern und den negativ geladenen Elektronen von diesem Prinzip bestimmt wird. Es untermauert auch das Konzept des elektrischen Feldes, bei dem eine Ladung [latex]q[/latex] im sie umgebenden Raum ein Feld [latex]\mathbf{E}[/latex] erzeugt und jede andere Ladung [latex]Q[/latex], die sich in diesem Feld befindet, eine Kraft [latex]\mathbf{F} = Q\mathbf{E}[/latex] erfährt. Während diese klassische Form für makroskopische Entfernungen und statische Ladungen sehr genau ist, muss sie in der Quantenmechanik und für sich schnell bewegende Ladungen, bei denen relativistische Effekte eine Rolle spielen, modifiziert werden.

UNESCO Nomenclature: 2205
- Elektrizität und Magnetismus

Typ

Physikalisches Gesetz

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entdeckung der elektrischen Ladung und ihrer Eigenschaften (Anziehung/Abstoßung)
  • Experimente von Henry Cavendish (unveröffentlicht)
  • Joseph Priestleys Vorschlag eines Gesetzes des umgekehrten Quadrats für die Elektrizität
  • Newtons Gesetz der universellen Gravitation (als mathematisches Analogon)

Anwendungen

  • Elektrostatik
  • Design von elektrischen Komponenten wie Kondensatoren
  • Verständnis atomarer und molekularer Bindungen
  • Teilchenbeschleuniger
  • Tintenstrahldrucker

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

  • selbstorganisierende Nanomaterialien basierend auf elektrostatischer Anziehung
  • fortschrittliche Ionenantriebssysteme mit dynamischer Kraftfeldformung
  • berührungslose Objektmanipulation mittels kontrollierter elektrostatischer Felder
  • Systeme zur Erfassung der atmosphärischen Feuchtigkeit mithilfe geladener Platten
  • electrostatic dust mitigation for Weltraumforschung Ausrüstung
  • gezielte Arzneimittelabgabesysteme mit geladenen Nanopartikeln
  • hocheffiziente Luftfilterung durch elektrostatische Abscheidung
  • neuartige haptische Feedback-Geräte mit Elektroadhäsion
  • elektrostatische Energiegewinnung aus Umgebungsvibrationen
  • dynamic camouflage materials that change texture via electrostatic actuation
Verwandt mit: Coulombsches Gesetz, Elektrostatik, elektrische Kraft, Punktladung, Quadratisches Umkehrgesetz, elektrisches Feld, Ladung, Permittivität, Kraft, Coulomb.

Historischer Kontext

Coulombsches Gesetz

1687
1738
1750
1785
1788
1800
1800
1687
1738
1750
1757
1788
1800
1800
1800

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

10. Jahr Jubiläum

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