De wet van Coulomb en straling

Twee elektrische ladingen kunnen een kracht F op elkaar uitoefenen. Deze kracht is vastgelegd in een wiskundige formule, de wet van Coulomb. Naast de Coulomb-kracht kennen we het elektrisch veld (E-veld); de twee zijn evenredig met elkaar. Het E-veld is een gebied van het elektromagnetisme. Alledaagse zaken als mobiele telefonie en draadloos internet werken met elektromagnetische golven.

De wet van Coulomb: Kracht van twee puntladingen

De Franse natuurkundige de Coulomb, beschreef de kracht die twee elektrische ladingen op elkaar uitoefenen. Hij stelde dat deze kracht (van de twee geladen deeltjes) omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand tussen die twee deeltjes.
Dit is bekend geworden als de wet van Coulomb:

F = k • q1 • q2 / r² [N]

met

• F = Coulomb-kracht [N]
• q1, q2 = lading [C]
• r = de afstand tussen de ladingen [m]
• k = constante van Coulomb = 8.988×10E9 [Nm²/C²]

Zijn de ladingen qua teken (positief of negatief) gelijk, dan is de kracht afstotend. Zijn ze tegengesteld dan is de kracht aantrekkend. De lading q1 en q2 zijn puntladingen; in de natuur treden slechts ruimtelijk verdeelde ladingen op. Het beschouwen van de twee ladingen als puntladingen betekent dat de afmetingen van de twee ruimtes -waarin q1 en q2 verdeeld zijn- zeer klein zijn ten opzichte van r.

Het elektrisch veld en straling

Een grootheid die samenhangt met de Coulomb-kracht is de elektrische veldsterkte E. Een bepaalde lading kan een elektrisch veld veroorzaken, en een andere lading ondervindt een kracht als gevolg van dat veld. Die kracht F is evenredig met de sterkte E van het veld en de grootte q van die lading:

E = k • q / r² [V/m]

met

• E = Elektrische veldsterkte [N]
• q = lading [C]
• r = de afstand tot de lading [m]

Het is eenvoudig in te zien dat F = q E.

Bij de voorgaande twee formules ontbreekt de richting van de kracht en het veld. De richting kan worden weergegeven met behulp van een richtingvector. Deze (eenheids)richtingvector is van de lading q afgericht als q positief is, en naar q toe gericht wanneer q negatief is.]

Lading kan verdeeld zijn over een bol, een vlakke plaat, of een stroomdraad. Om het totale E-veld te berekenen wordt een wiskundige integratie toegepast om het effect van alle puntladingen a.h.w. te sommeren. De natuurkundige Maxwell stelde een differentiaalvergelijking op die (onder andere) op een andere wijze een dergeljk E-veld beschrijft en berekent.

Een E-veld dat overal in grootte en richting gelijk is wordt homogeen genoemd.

Lees verder

• Elektromagnetisme: Coulomb en potentiaal
• Elektromagnetisme: Coulomb geladen draad
• Elektromagnetisme: Maxwell elektrisch veld