Messungen zum Coulomb-Gesetz
Die elektrische Kraft zwischen zwei punktförmigen Ladungen oder nicht zu großen geladenen Kugeln kann man mit dem
Coulomb-Gesetz berechnen. Die wesentlichen Aussagen dieses Gesetzes sind: (
1) Die Kraft zwischen den Ladungen nimmt mit dem Quadrat des Abstandes der Ladungen ab. Bei doppeltem Abstand der Ladungen, bzw. ihrer Mittelpunkte sinkt sie auf ein Viertel. (
2) Sie ist proportional zu jeder der beiden beteiligten Ladungen. Halbiert man die Ladung auf einer Kugel durch Berührung mit einer gleich großen ungeladenen Kugel, dann sinkt die Kraft und damit die Anzeige der Waage auf die Hälfte. Beide Aussagen kann man mit der
Coulomb-Waage überprüfen.
Die beiden Metallkugeln werden durch Berühren mit einem geriebenen Kunststoffstab gleichartig geladen. Sie stoßen sich ab. Eine der Kugeln ist fest auf einem Isolierstab befestigt. Auf den Bildern ist das jeweils die linke Kugel. Die andere ist an einem gespannten Draht befestigt, der sich durch die Wirkung der Abstoßung verdrillt (Torsionsdraht). Die relativ kleine Drehbewegung wird mit einem Lichtzeiger (Laser plus am Draht befestigter Spiegel) sichtbar gemacht. Man erkennt den roten Lichtpunkt auf der Tafel. Die Ruhelage ist an der Tafel markiert.
Wenn man den Abstand der Kugel halbiert, dann zeigt der Lichtzeiger etwa die vierfache Kraft an (Pfeile mit der Beschriftung 10cm und 5cm). Wenn man die Ladung auf der festen Kugel durch Berühren mit einer gleich großen Kugel halbiert, dann zeigt der Lichtzeiger nur noch die halbe Kraft an (obere Pfeilreihe). Das Prinzip der Verdrillung (Torsion) eines Drahtes nutzt man übrigens auch bei der Messung der Gravitationskraft zwischen Bleikugeln aus.
Aufbauhinweise
