(Geraubte Elektronen)
Wenn du was auslässt, fällt es runter - dein Alltag wird von der Wahrnehmung der Gravitationskraft geprägt. Die elektrische Kraft nimmst du kaum wahr. Und wenn, dann empfindest du sie wahrscheinlich als störend, etwa beim Ausziehen eines Pullovers. Aber die elektrische Kraft wird sowohl in ihrer Wichtigkeit als auch in ihrer Stärke enorm unterschätzt.
Die elektrische Kraft bewirkt zum Beispiel, dass Elektronen und Protonen einander anziehen und somit Atome entstehen (F9). Ohne elektrische Kraft gäbe es also gar keine Elemente. Außerdem beruhen auf ihr alle chemischen Bindungen und somit die Festigkeit der Materie, also auch des Sessels, auf dem du sitzt und des Bodens, auf dem du stehst. Die elektrische Kraft hat zwar auf den ersten Blick für dich keine direkte Bedeutung, aber ohne sie wäre das Universum nur eine Ansammlung chaotisch umherschwirrender Elementarteilchen oder Materieklumpen.
Wie groß die Kraft zwischen zwei punktförmigen Ladungen ist, konnte der französische Physiker Charles Auguste Coulomb um 1776 auf experimentellem Weg ableiten. Nach ihm ist auch die Einheit für die elektrische Ladung benannt. Je nach Ladungen können die Kräfte anziehend oder abstoßend sein.
| Elektrische Kraft (Coulomb-Gesetz): $F_E=\frac{1}{4\pi \epsilon_0}\cdot \frac{Q_1\cdot Q_2}{r^2}$ | |
|---|---|
| $F_E$ | elektrische Kraft $[F_E]= $1 N |
| $Q_1, Q_2$ | Ladung der Gegenstände $[Q]= $1 C |
| $r$ | Abstand der Ladungen |
| $\epsilon_0$ | absolute elektrische Feldkonstante ($\epsilon_0 = 8,8542\cdot 10^{-12}$As/Vm) |
| Eine der wenigen Situationen, bei denen man die elektrische Kraft direkt bemerken kann. |
In der folgenden Tabelle siehst du die Gegenüberstellung von elektrischer Kraft und Gravitationskraft. Es bestehen sehr viele Gemeinsamkeiten, unter anderem auch die Abhängigkeit vom Abstand. Der große Unterschied: Ladungen können einander auch abstoßen, und die elektrische Kraft ist im Vergleich mit der Gravitation unfassbar groß.
| Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen `F_G` und `F_E` Die relative Stärke gilt im Vergleich mit der starken Kraft. |
Die elektrische Kraft zwischen zwei Ladungen hängt von der Größe beider Ladungen ab. Oft will man aber die Stärke des elektrischen Feldes einer einzigen Ladung angeben. Deshalb hat man den Begriff der elektrischen Feldstärke eingeführt. Die Gleichung ist ganz ähnlich wie das Coulomb-Gesetz, aber es kommt nur eine Ladung vor, nämlich die, deren Feldstärke man angeben will. Der Vorteil daran: Diese Angabe ist unabhängig von einer zweiten Ladung. Wir kommen auf den Begriff der elektrischen Feldstärke noch ein paar Mal zurück.
| Elektrische Feldstärke: $E=\frac{1}{4\pi \epsilon_0}\cdot \frac{Q_1}{r^2}$, $E= F_E/Q_2$ | |
|---|---|
| $E$ | elektrische Feldstärke $[E]= $ 1 C/N = 1 V/m |
| $F_E$ | Kraft auf die Probeladung |
| $Q_1$ | Zentralladung |
| $Q_2$ | „Testladung“ |
| $r$ | Abstand |
Zusammenfassung