Coulomb-Kraft und Coulomb-Potenzial

Zwischen zwei punktförmigen elektrischen Ladungen Q₁ und Q₂ wirkt eine Kraft, deren Stärke dem Produkt der beiden Ladungen direkt und dem Quadrat ihres Abstands r umgekehrt proportional ist und die man die Coulomb-Kraft F_C nennt. Mathematisch wird dies durch das Coulomb-Gesetz der Elektrostatik beschrieben:

\(F_\text C = \dfrac 1 {4\pi\epsilon} \cdot \dfrac{Q_1Q_2}{r^2}\)

Dabei ist die Dielektrizitätskonstante \(\epsilon\) das Produkt aus der elektrischen Feldkonstante \(\epsilon_0\) und der materialabhängingen Dielektrizitätszahl \(\epsilon_\text r\) des Mediums, in dem sich die Ladungen befinden (der Faktor \(4\pi\) hat mathematische Gründe). Die Richtung der Coulomb-Kraft liegt immer parallel zur Verbindungslinie der beiden Punktladungen. Bei Ladungen gleichen Vorzeichens bewirkt sie eine Abstoßung, bei Ladungen entgegengesetzten Vorzeichens eine Anziehung. Die Coulomb-Kraft ist u. a. für den Zusammenhalt von Kern und Hülle eines Atoms und die elektrischen Eigenschaften der Stoffe verantwortlich.

Die Coulomb-Kraft ist eine konservative Kraft, d. h., man kann sie als Ableitung eines Potenzials schreiben, das man naheliegenderweise das Coulomb-Potenzial V_C nennt. Das Coulomb-Potenzial einer Punktladung Q beträgt im Abstand r von dieser Ladung

\(V_\text C = \dfrac 1 {4\pi\epsilon} \cdot \dfrac{Q}{r}\)