Coulomb- Wechselwirkung

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Experimentelle Grundtatsachen

  • Materie trägt als skalare Eigenschaften Masse und elektrische Ladung

Masse:

  • Gravitations- Wechselwirkung (Newton: 1643 - 1727)

Kraft auf Masse bei , ausgeübt von Masse bei :

Wegen:

wird dem Phänomen Rechnung getragen, dass Gravitation stets anziehend wirkt. Festlegung von durch Wahl einer willkürlichen Einheit kg für Masse:

schwere Masse = träge Masse:


Coulomb- Wechselwirkung (C. Coulomb 1736-1806)

Kraft auf Ladung bei , ausgeübt von Masse bei :

→ Abstoßung
→ Anziehung

Festlegung von k durch Wahl einer willkürlichen Einheit Coulomb [C] für die elektrische Ladung:

Einheit des elektrischen Stromes: 1 Ampere

Bemerkungen

  • je nach Wahl von k ergeben sich verschiedene Einheitssysteme (Maßsysteme):


SI

System International d´ Unites, seit 1.1.1978 verbindlich m, kg, s, A → MKSA

  • K
  • mol
  • cd (Candela) → Lichtstärke

historisch bedingte Schreibweise:

mit der absoluten dielektrischen Konstanten


Gauß: k=1 (Miller) CGS- System

Elektrostatische Ladungseinheit:

  1. Ladungen e1 = e2 = 1 ESE im Abstand r = 1 cm üben die Kraft
  2. aufeinander aus
  • Sehr zweckmäßig bei mikroskopischen Rechnungen, da Coulombgesetz einfacher
  • unzweckmäßig in der phänomenologischen Elektrodynamik, da Ladungseinheit

Gute Umrechungstabellen: Vergl. Jackson

Weitere Bemerkungen

  • Das Coulombgesetz gilt bis zu Abständen

Bei kleineren Abständen sind quantenelektrodynamische Korrekturen nötig

  • Die gesamte Ladung eines abgeschlossenen Systems ist konstant. Aber: Paarerzeugung von positiver und negativer Ladung und lokale Ladungstrennung ist möglich.
  • Ladung tritt quantisiert auf: Elementarladung:

Schwere Elementarteilchen (Hadronen)sind aus Quarks mit Ladungen oder zusammengesetzt, aber Quarks wurden bisher nicht als freie Teilchen beobachtet

  • Die Ausdehnung der geladenen Elementarteilchen ist . Also erfolgt die makroskopische Beschreibung mit dem Punktladungsmodell.