Das_Coulombgesetz

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Kräfte zwischen den Bausteinen
der Materie
• Massen* – immer anziehend:
Gravitationsgesetz
• Ladungen* – anziehend oder abstoßend:
Coulombgesetz
• Kraft auf bewegte Ladungen: Lorentz-Kraft
• *Es gibt keine Ladung ohne Masse
• *Es gibt Massen ohne Ladung
Eigenschaften der Ladungen:
•
•
•
•
•
Zwischen Ladungen wirken Kräfte
Es gibt zwei Arten von Ladungen: Positive und
Negative Ladungen
Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab,
ungleichnamige ziehen sich an
Im unbehandelten Zustand sind die Körper
elektrisch neutral: Es gibt gleich viele positive
wie negative Ladungen.
Es gibt eine kleinste Ladung, die
Elementarladung
Einheit der Ladung,
die Elementarladung
Formelzeichen
SI Einheit
Anmerkung
,
q
e
1 Coulomb, C
C
Ladung
Elementarladung,
kleinstes
Ladungsquantum
1,60 10
19
C
Das Coulombgesetz
q1  q2
F
 2
40 r
1
q1

F

F
 N
q2
r
Ungleichnamige Ladungen ziehen sich an
Das Coulombgesetz
q1  q2
F
 2  N
40 r
q1

q
2 F
F
1
r
Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab
Das Coulombgesetz
Einhe
it
Anmerkung
N
Die Coulombkraft ist eine
Kraft zwischen zwei
Punktladungen, die in
Richtung ihrer
Verbindungslinie wirkt
C2
Nm2
Influenzkonstante
C
Ladung des ersten
Körpers
q2
C
Ladung des zweiten
Körpers
r
m
Abstand zwischen den
Körpern
Formel
Wert
q1  q2
F
40 r 2
1
0
q1
8,85 10-12
Abstoßung gleichnamiger Ladungen:
Das ist die gesuchte, Distanz haltende
Kraft!
Eigenschaften der Bausteine
der Materie
• Es gibt keine Ladung ohne Masse
– Deshalb erfordert die Beschleunigung
geladener Teilchen mechanische Kraft,
F  m a
• Es gibt Massen ohne Ladung
Beispiele: Die Elementarteilchen
Teilchen
Masse
SI
Ladung
SI
Elektron
0,9109 10-30
kg
-1,6022 10-19
C
Proton
1,6725 10-27
kg
1,6022 10-19
C
Neutron
1,6748 10-27
kg
0
C
Beispiel: NaCl Kristall
Coulomb-Kräfte zwischen zwei
unterschiedlich geladenen Teilchen, z. B.
einem Na+ - und einem Cl- Ion
Na

Cl

Aufbau der Ionen:
Na+
ClCl Kern, 17 e
Na Kern, 11 e
Elektronenhülle , 10 -e
Ladung 1e
Na

Elektronenhülle , 18 -e
Ladung -1e
Cl

Abstoßung
Anziehung
Kräftegleichgewicht
zwischen
zwischen ungleichnamigen
gleichnamigen
bei
rrNaCl  rCl 
Ladungen beir  rNar 
rNa 
rCl 
r
Na

Cl

Resultat bei Anordnung in drei
Dimensionen: NaCl-Kristall
0,18 nm
0,2 nm
0,18 nm
0,56 nm
Zum Aufbau der Materie:
ISS
• Die Materie besteht aus Massen und Ladungen, die
im dreidimensionalen Raum auf vielfältige Weise
kombiniert werden können
– Coulomb- und Trägheitskräfte steuern die Struktur auf
atomarer Skala (z. B. Struktur der Moleküle),
– Gravitations- und Trägheitskräfte wirken in großen
Dimensionen (z.B. Satellitenbahnen, Planetenbewegung)
• Kräfte werden durch Felder übermittelt
• Die Energie bleibt bei allen Vorgängen erhalten
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