Physik & Technik

Coulombsches Gesetz: Kraft zwischen Ladungen berechnen

Tragen Sie beide Ladungen mit Vorzeichen in Nanocoulomb, den Abstand und die Permittivitätszahl des umgebenden Stoffes ein.

Zwei Ladungen
Negative Werte für negative Ladungen. 1 nC = 10⁻⁹ C.
Vakuum 1, Luft 1,0006, Öl etwa 2 bis 3, Glas etwa 5 bis 10, Wasser etwa 80.
Ergebnis

Wie stark ziehen sich Ladungen an?

Zwei elektrische Ladungen üben eine Kraft aufeinander aus: Gleichnamige stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an. Charles-Augustin de Coulomb hat 1785 mit einer Drehwaage gezeigt, dass diese Kraft mit dem Produkt der Ladungen wächst und mit dem Quadrat des Abstands abnimmt. Das Gesetz ist eine Grundlage der Elektrostatik.

Der Rechner setzt die Coulomb-Konstante von rund 8,988 · 10⁹ N·m²/C² ein und teilt durch die Permittivitätszahl des Mediums, in dem sich die Ladungen befinden. Er zeigt den Betrag der Kraft, ob Anziehung oder Abstoßung vorliegt, die elektrische Feldstärke jeder Ladung am Ort der anderen und die potenzielle Energie der Anordnung.

Weil die Kräfte über viele Größenordnungen reichen, wählt der Rechner die Einheit automatisch, etwa Mikronewton, Millinewton oder Kilovolt pro Meter. Ladungen geben Sie in Nanocoulomb ein; das ist die typische Größenordnung bei Reibungselektrizität und Versuchen mit geladenen Kugeln.

F=1 / (4 π⋅ε 0⋅ε r)⋅Q 1⋅Q 2 / r2; E=1 / (4 π⋅ε 0⋅ε r)⋅Q / r2F = 1\,/\,\left(4\,\pi \cdot \varepsilon\,0 \cdot \varepsilon\,r\right) \cdot Q\,1 \cdot Q\,2\,/\,r^{2};\ E = 1\,/\,\left(4\,\pi \cdot \varepsilon\,0 \cdot \varepsilon\,r\right) \cdot Q\,/\,r^{2}

Beispiel: Zwei Kugeln mit je 10 nC sind 3 cm voneinander entfernt, in Luft (εr ≈ 1): F = 8,988 · 10⁹ · (10⁻⁸)² / 0,03² = 0,9986 mN, also 998,6 µN, sie stoßen sich ab. Die Feldstärke einer Kugel am Ort der anderen beträgt 99,86 kV/m, die potenzielle Energie 29,96 µJ.

Was die Ergebnisse bedeuten

Das Coulombsche Gesetz gilt streng für Punktladungen. Für gleichmäßig geladene Kugeln gilt es ebenfalls, wenn man den Abstand der Mittelpunkte einsetzt und die Kugeln sich nicht gegenseitig beeinflussen. Bei leitenden Kugeln in sehr kleinem Abstand verschieben sich die Ladungen durch Influenz; dann weicht die tatsächliche Kraft vom berechneten Wert ab.

Die Permittivitätszahl beschreibt, wie stark ein Stoff das elektrische Feld abschwächt. In Wasser mit εr von etwa 80 ist die Kraft zwischen Ionen rund achtzigmal kleiner als im Vakuum. Deshalb lösen sich Salze in Wasser so gut: Die Anziehung zwischen Natrium- und Chloridionen wird stark geschwächt.

Die potenzielle Energie ist positiv, wenn sich die Ladungen abstoßen. Dann wird Energie frei, wenn sie auseinanderfliegen. Bei Anziehung ist sie negativ; um die Ladungen zu trennen, muss Arbeit aufgewendet werden. Die Feldstärke gibt an, welche Kraft eine kleine Probeladung von einem Coulomb an der jeweiligen Stelle erfahren würde.

Zum Vergleich mit der Gravitation: Zwischen zwei Protonen ist die elektrische Abstoßung rund 10³⁶-mal stärker als die Massenanziehung. Dass wir im Alltag kaum elektrische Kräfte bemerken, liegt daran, dass Materie fast immer gleich viele positive und negative Ladungen enthält. Die Konstanten entsprechen den CODATA-Werten des NIST.

Tipps und typische Fehler

Ladungen vergleichen.

  • Vorzeichen: Mit eingeben.
  • Abstand: Mittelpunkte.
  • Medium: εr beachten.
  • Einheit: nC = 10⁻⁹ C.

Mehr zum Thema Elektrotechnik: Strom und Widerstand

Häufige Fragen

Was ist die Einheit Coulomb?

Ein Coulomb ist die Ladung, die bei 1 Ampere in 1 Sekunde durch einen Leiter fließt. Ein Elektron trägt 1,602 · 10⁻¹⁹ C.

Warum nimmt die Kraft mit dem Quadrat des Abstands ab?

Das Feld einer Punktladung verteilt sich auf eine Kugeloberfläche, die mit r² wächst. Bei doppeltem Abstand sinkt die Kraft deshalb auf ein Viertel.

Welche Permittivitätszahl hat Luft?

Etwa 1,0006. Für die meisten Rechnungen genügt der Wert 1 wie im Vakuum.

Wie groß ist die Coulomb-Konstante?

Rund 8,988 · 10⁹ N·m²/C², das ist 1/(4π ε0).

Was passiert bei doppeltem Abstand?

Die Kraft sinkt auf ein Viertel.

Auch gesucht als:
  • Coulombsches Gesetz Rechner
  • Coulombkraft berechnen
  • Kraft zwischen Ladungen
  • elektrische Feldstärke Punktladung
  • elektrostatische Kraft berechnen
  • Coulomb Konstante
Diesen Rechner auf Ihrer Website einbinden

Kostenlos für Blogs, Vereine, Schulen und Unternehmen. Fügen Sie den Code in Ihre Seite ein, zum Beispiel als HTML-Block in WordPress.

Der Rechner läuft in einem Rahmen, setzt keine Cookies und speichert keine Eingaben. Bitte lassen Sie den Quellenlink unter dem Rahmen stehen. Höhe bei Bedarf anpassen.

Alle Berechnungen erfolgen direkt in Ihrem Browser, Ihre Eingaben werden nicht übertragen oder gespeichert. Die Ergebnisse sind Orientierungswerte ohne Gewähr und ersetzen keine steuerliche, rechtliche oder finanzielle Beratung. Die Erklärtexte auf dieser Seite wurden mit KI erstellt. Letzte inhaltliche Änderung dieser Seite: . Mehr dazu: So entstehen und prüfen wir die Rechner.