Coulombsches Gesetz

Kurzbeschreibung

Das Versuchsgerät besteht aus 2 Metallkugeln von 2 cm Durchmesser, wobei eine Kugel an einer Drehwaage und die andere an einem Stativ mit Skala befestigt ist. Als Messvorrichtung besitzt die Drehwaage einen Spiegel. Ein Laserpunkt wird über diesen Spiegel auf eine Skala projiziert. Die Kugeln werden (von Kugelmitte zu Kugelmitte gemessen) in einen Abstand von 10 cm gebracht. Zur Nullpunktsfeststellung werden beide Kugeln geerdet. Mit einem isoliertem Stab werden die Kugeln über ein Hochspannungsgerät mit etwa 15 KV aufgeladen. Der Ausschlag der Drehwaage aufgrund der Abstoßung beider Kugeln stellt sich nach einigen Pendelschwingungen ein. Verschiebt man nun den Abstand der Kugeln auf 14,1 cm, so verringert sich der Ausschlag auf die Hälfte. Eine weitere Verschiebung auf 20 cm reduziert den Ausschlag wieder auf die Hälfte und mit Bezug auf den ursprünglichen Wert auf ein Viertel. Man erkennt, dass bei konstanter Ladung die Kraft umgekehrt proportional dem Quadrat des Abstandes ist.

Betriebsanleitungen: Lampen, Laser, Hochspannungsnetzgeräte LD 25 KV

Physikalische Erklärung

Nähert man eine geladene Kugel eine zweite geladene Kugel, so bewirkt die Kraft zwischen den beiden Ladungen ein Drehmoment D = L× F. Dieses Drehmoment verdreht den Faden der Torsionsdrehwaage so weit, bis das rücktreibende Drehmoment des verdrillten Fadens gleich −D wird. Misst man den Verdrillungswinkel für verschiedene Abstände der beiden Ladungen, so findet man für die Kraft von q1 auf q2 das Gesetz:


Einheit: Nm²/C²
q₁, q₂ : kugelsymmetrisch verteilte Ladungsmengen
r: Abstand zwischen den Mittelpunkten der Ladungsmengen
ε: elektrische Feldkonstante

Die Maßeinheit der Ladung ist [Q] = 1 Coulomb = 1 C = 1 A s

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