Kräfte zwischen den Bausteinen der Materie

• Massen* – immer anziehend: Gravitationsgesetz

• Ladungen* – anziehend oder abstoßend: Coulombgesetz

• Kraft auf bewegte Ladungen: Lorentz-Kraft

• *Es gibt keine Ladung ohne Masse

• *Es gibt Massen ohne Ladung

• Zwischen Ladungen wirken Kräfte • Es gibt zwei Arten von Ladungen: Positive und

Negative Ladungen• Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab,

ungleichnamige ziehen sich an• Im unbehandelten Zustand sind die Körper

elektrisch neutral: Es gibt gleich viele positive wie negative Ladungen.

• Es gibt eine kleinste Ladung, die Elementarladung

Eigenschaften der Ladungen:

Formelzeichen SI Einheit Anmerkung

1 Coulomb, C Ladung

C

Elementarladung,kleinstes Ladungsquantum

Einheit der Ladung, die Elementarladung

,

e

q

C 1060,1 19

Das Coulombgesetz

N 4

12

21

0 r

qqF

1q2qF

F

rUngleichnamige Ladungen ziehen sich an

Das Coulombgesetz

N 4

12

21

0 r

qqF

1q2qF

F

Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab

r

Formel WertEinhe

itAnmerkung

N

Die Coulombkraft ist eine Kraft zwischen zwei

Punktladungen, die in Richtung ihrer

Verbindungslinie wirkt

8,85 10-12 Influenzkonstante

CLadung des ersten

Körpers

CLadung des zweiten

Körpers

r mAbstand zwischen den

Körpern

Das Coulombgesetz

02

2

Nm

C

1q

2q

4

12

21

0 r

qqF

Abstoßung gleichnamiger Ladungen: Das ist die gesuchte, Distanz haltende Kraft!

Eigenschaften der Bausteine der Materie

• Es gibt keine Ladung ohne Masse – Deshalb erfordert die Beschleunigung

geladener Teilchen mechanische Kraft,

• Es gibt Massen ohne LadungamF

Beispiele: Die Elementarteilchen

Teilchen Masse SI Ladung SI

Elektron 0,9109 10-30 kg -1,6022 10-19 C

Proton 1,6725 10-27 kg 1,6022 10-19 C

Neutron 1,6748 10-27 kg 0 C

Beispiel: NaCl Kristall

Coulomb-Kräfte zwischen zwei unterschiedlich geladenen Teilchen, z. B. einem Na+ - und einem Cl- Ion

Na Cl

Aufbau der Ionen:

Cl

Cl-

Elektronen-hülle , 10 -e

Cl Kern, 17 e

Elektronen-hülle , 18 -e

Na+

Na

Na Kern, 11 e

Ladung 1e Ladung -1e

Na Cl

Anziehung zwischen ungleichnamigen Ladungen bei

ClNarrr

Abstoßung zwischen gleichnamigen Ladungen bei

ClNarrr

Kräftegleichgewicht bei

ClNarrr

Nar Cl

r

r

Resultat bei Anordnung in drei Dimensionen: NaCl-Kristall

0,56 nm

0,2 nm

0,18 nm

0,18 nm

Zum Aufbau der Materie:

• Die Materie besteht aus Massen und Ladungen, die im dreidimensionalen Raum auf vielfältige Weise kombiniert werden können– Coulomb- und Trägheitskräfte steuern die Struktur auf

atomarer Skala (z. B. Struktur der Moleküle), – Gravitations- und Trägheitskräfte wirken in großen

Dimensionen (z.B. Satellitenbahnen, Planetenbewegung)

• Kräfte werden durch Felder übermittelt• Die Energie bleibt bei allen Vorgängen erhalten

ISS