Coulomb-Gesetz-Rechner

Das Coulomb-Gesetz beschreibt die elektrostatische Wechselwirkung zwischen zwei idealen Punktladungen. Der Kraftbetrag ist proportional zum Produkt der Ladungsbeträge und umgekehrt proportional zum Quadrat ihres Abstands. Im Vakuum beträgt die Proportionalitätskonstante ungefähr 8.98755 mal 10 hoch neun Newton-Quadratmeter pro Coulomb zum Quadrat. Dieser Rechner wandelt die gewählten Ladungs- und Abstandseinheiten vor dem Einsetzen in die Gleichung in Coulomb und Meter um. Die Vorzeichen der Ladungen bestimmen die Kraftrichtung. Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an. Der Rechner gibt die Kraft als positiven Betrag aus und kennzeichnet die Art der Wechselwirkung separat. So wird ein negatives algebraisches Ergebnis nicht mit einem negativen Kraftbetrag verwechselt. Bei einer vollständigen Vektorrechnung wirkt die Kraft entlang der Verbindungslinie zwischen den Ladungen; ihre Richtung wird anhand eines Koordinatensystems festgelegt. Der Abstand beeinflusst die Kraft stark nach dem Abstandsquadratgesetz. Bei doppeltem Abstand sinkt die Kraft auf ein Viertel, bei halbiertem Abstand steigt sie auf das Vierfache. Die Ladung geht linear ein: Wird eine Ladung verdoppelt, verdoppelt sich auch die Kraft. Diese Zusammenhänge erklären die starken mikroskopischen Wechselwirkungen und die schnelle Abschwächung elektrostatischer Effekte mit zunehmendem Abstand. Der eingegebene Abstand muss dem Mittelpunktabstand zwischen punktförmig angenäherten Ladungen entsprechen. Ein materielles Medium schwächt die ideale Vakuumwechselwirkung entsprechend seiner relativen Permittivität ab. Für Luft wird häufig näherungsweise eins verwendet, für Wasser liegt der Wert unter üblichen Bedingungen bei etwa achtzig. Der Rechner dividiert Kraft, Feldstärke und potenzielle Energie durch die eingegebene relative Permittivität. Die tatsächliche Permittivität hängt von Temperatur, Frequenz, Zusammensetzung und Feldbedingungen ab. Verwende daher einen zur Anwendung passenden Wert. Die elektrische Feldstärke bezeichnet hier den Betrag des Feldes, das Ladung 1 am Ort von Ladung 2 erzeugt. Sie ergibt sich aus der Coulomb-Konstante mal dem Betrag der ersten Ladung, geteilt durch die relative Permittivität und das Abstandsquadrat. Die potenzielle Energie ergibt sich aus der Konstante mal dem vorzeichenbehafteten Ladungsprodukt, geteilt durch die relative Permittivität und den Abstand. Anders als der Kraftbetrag ist die potenzielle Energie bei ungleichnamigen Ladungen negativ und bei gleichnamigen positiv, wenn wie üblich der Nullpunkt im Unendlichen liegt. Das Punktladungsmodell vernachlässigt die endliche Objektgröße, die Ladungsverteilung, die Polarisationsgeometrie, benachbarte Leiter, Abschirmung und Quanteneffekte. Berechne bei mehreren Ladungen die einzelnen Vektorbeiträge und wende das Superpositionsprinzip an, statt einfach die skalare Gesamtladung einzusetzen. Das Werkzeug eignet sich für Physikaufgaben und erste Abschätzungen. Hochspannungstechnik, Modellierungen im Nanobereich und sicherheitskritische elektrostatische Anwendungen erfordern eine geometrieabhängige numerische Analyse und überprüfte Materialeigenschaften.