InfoNu.nl > Electronica > Geschiedenis > De wet van Coulomb

De wet van Coulomb

De wet van Coulomb Twee elektrische ladingen kunnen een kracht Fc op elkaar uitoefenen. Deze kracht is vastgelegd in de wet van Coulomb. Naast Fc kennen we de elektrisch veldsterkte E, Fc en E zijn evenredig met elkaar, een lading q in een elektrische veld Q/4πεr^2 ondervindt een coulombkracht van qQ/4πεr^2. Een veld is een verzameling vectoren (pijlen met een grootte en een richting). Elektromagnetische verschijnselen kunnen worden beschreven met E velden.

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]

  • 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 zien 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

Een grootheid die samenhangt met de Coulombkracht is de elektrische veldsterkte E. Een bepaalde lading kan een elektrisch veld veroorzaken. Op een andere lading q werkt een (Coulomb)kracht F, als gevolg van dat veld E.

E = F/q

-fig 1- (klik) / Bron: Tronic-fig 1- (klik) / Bron: Tronic
  • E = k q / r² [V/m]

(E = Elektrische veldsterkte [V/m], q = lading [C], r = de afstand tot de lading [m])

Een kracht en een veld hebben niet alleen een grootte, maar ook een richting, hiervoor gebruikt men een richtingvector. De (eenheids)richtingvector er is van de lading q afgericht als q positief is, en naar q toe gericht wanneer q negatief is.
Coulombkracht en elektrisch veld inclusief richtingvector:

  • F = k q1 q2 / r² er [N]
  • E = k q / r² er [V/m]

-fig 2- (klik) / Bron: Tronic-fig 2- (klik) / Bron: Tronic

Elektrische potentiaal

Wanneer we ons de kracht tussen twee (elementaire) puntladingen voorstellen, dan kunnen we arbeid verrichten door een lading tegen de Coulombkracht in te 'duwen' richting de andere lading. De arbeid is:

  • W = ∫ F dl

De elektrische potentiaal is te berekenen door de verrichte arbeid per eenheidslading te nemen. Dit levert voor de potentiaal (of spanning):

  • U = ∫ (F/q) dl = q/(4πεr) [V]

De potentiaal in een atoom kan voorgesteld worden door voor r de afstand van een elektron in een bepaalde schil tot de atoomkern te nemen. De totale energie wordt berekend door de som te nemen van de potentiaal en de kinetische energie. Het blijkt dat de energie van een deeltje in een atoom alleen bepaalde (toegestane) waarden kan aannemen.

In een vereenvoudigd model van een waterstofatoom (1 proton, 1 elektron) kunnen we een uitdrukking voor de totale energie vinden. De energie is gekwantiseerd; elektronen kunnen zich alleen in een beperkt aantal toestanden bevinden, en een specifieke -bij deze toestand behorende- energie hebben. Voor de waarde van integer n kan (1, 2, 3 ....) gekozen worden.

  • E = 1/2mv² + q² / 4πεr = - [ m q ^4 / 8ε²h² ] * 1 / n²

Deze energieniveau's horen bij de specifieke baan die een elektron om de atoomkern beschrijft. Buiten deze toestanden en energieniveau's kan het systeem niet bestaan.

Lees verder

© 2009 - 2017 Tronic, het auteursrecht van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van de infoteur is vermenigvuldiging verboden.
Gerelateerde artikelen
Elektromagnetisme: MaxwellElektromagnetisme: MaxwellDe Schotse natuurkundige James Clerk Maxwell legde in de 19e eeuw de basis voor de theorie van het elektromagnetisme. Me…
Klussen: elektronica  hoe en watKlussen: elektronica hoe en watIn onze maatschappij heb je heel veel met elektronica te maken: computers, televisies, digitale camera's, mp3-spelers, e…
Wat is ionisatie?Wat is ionisatie?Waaruit bestaat een atoom? Wat is een proton, elektron en neutron? Wat is de lading en massa van deze deeltjes? Wat is i…
Elektrische stroomElektrische stroomElektrische stroom is uit onze samenleving niet weg te denken. Het is daarom erg belangrijk dat we snappen hoe het werkt…
Wat is elektrische stroom?Wat is elektrische stroom?Elektriciteit is een integraal onderdeel van ons dagelijks leven. Maar wat precies is elektrische stroom eigenlijk? En h…
Bronnen en referenties
  • Inleidingsfoto: Tronic
  • Elektromagnetische Velden 1, C. Bennink
  • Afbeelding bron 1: Tronic
  • Afbeelding bron 2: Tronic

Reageer op het artikel "De wet van Coulomb"

Plaats een reactie, vraag of opmerking bij dit artikel. Reacties moeten voldoen aan de huisregels van InfoNu.
Meld mij aan voor de tweewekelijkse InfoNu nieuwsbrief
Reactie

Victorho (infoteur), 26-01-2009 23:05 #1
Zeer interessant artikel, bedankt voor het plaatsen :-). Reactie infoteur, 27-01-2009
Geen dank!

Infoteur: Tronic
Laatste update: 24-03-2017
Rubriek: Electronica
Subrubriek: Geschiedenis
Bronnen en referenties: 4
Reacties: 1
Schrijf mee!