Hallo Daniel,
ich hoffe ich kann etwas Licht in das Themengebiet bringen 
Aussage 1:
Die Ladung Q ist ein Vielfaches der Elementarladung (die
Elektronen kann ich mir nämlich als TEilchen vorstellen).
Genau! Es gibt nur Vielfache der Elementarladung. Wenn z.B. eine Metallplatte (z.B. von einem Kondensator) negativ aufgeladen wird, dann dadurch, dass immer mehr Elektronen aufgebracht werden. Positive Ladung kann man sich dann so vorstellen, dass man einem Atom ein Elektron weg nimmt. Da das Atom vorher neutral -also ohne effektive Ladung- war, ist es nun positiv geladen. Aber auch das geht nur als Vielfaches der Elementarladung.
Aussage 2:
Nach dem Coulombgesetz stossen sich gleiche Ladungen ab,
ungleiche ziehen sich an. Jede Ladung hat Feldlinien.
Vermutung: Der Radius der Feldlinien einer (einzigen) Ladung
Q1 sei proportional zur Ladung?
Diese Feldlinien existieren nicht wirklich. Sie sind ein (sehr schoenes) Modell, um sich das alles besser vorzustellen. Sie haben keine Dicke, sie kreuzen sich nie (zumindest nicht die, die von einer Ladung ausgehen) und versuchen einen moeglichst grossen Abstand voneinander zu halten. Man kann sie sich etwas wie Gummibaender vorstellen, die zwei (unterschiedliche) Ladungen miteinander verbinden. Je mehr Gummibaender, um so mehr ziehen sich diese Ladungen an. Es kommt also auf die Dichte/Anzahl der Feldlinien an.
Aussage 3:
Der Kraftvektor der Coulombschen Kraft
(F=q1*q2/r^2*(1/4*Pi*8.85*10^-12 C^2/(Nm)^2)) zeigt von der
positiven Ladung zur negativen Ladung?
Nein, nicht nur! Stell dir vor zwei Freunde -Max und Moritz- sind durch ein Seil verbunden. Wenn nun Max an dem Seil zieht, dann uebt er eine Kraft auf Moritz aus. Sie greift im Schwerpunkt von Moritz an und zeigt in Richtung Max. Gleichzeitig erzeugt sein Ziehen jedoch auch eine Kraft, die ihn selber auf Richtung von Moritz zieht. Jeder der beiden Freund hat demnach eine Kraftkomponente, die ihn in Richtung des Anderen zieht. Das ist bei unterschiedliche geladenen Teilchen genau das selbe.
Bei gleichen Ladungen stossen sich beide gegenseitig ab und man kann bei beiden Ladungen eine Kraftvektor einzeichnen, der in die entgegengesetzte Richtung zeigt.
Lässt sich die Länge
dieses Vektors auch mathematisch beschreiben?
Ja. Die Formel hast du oben angegeben, denn genau genommen hast du in deiner Formel keine Vektoren verwendet. So bekommt auch die resultierende Kraft keine Vektoreigenschaften. Es handelt sich also genau genommen um den Betrag des Kraftvektors. In der praxis macht man folgendes:
Du hast zwei Ladungen q1 und q2. Sagen wir eine davon ist negativ und die andere positiv. Dann rechnet man mit der Formel oben die Kraft F aus. Das (negative) Vorzeichen laesst man wegfallen -das verwirrt mehr als das es hilft. Diese Kraft zieht nun q1 in Richtung q2 und gleichzeitig zieht eine gleichgrosse, aber entgegen gesetzte Kraft q2 in Richtung von q1. Das ist wie bei Max und Moritz
Wenn beide Partikel gleich schwer sind, werden sie sich gleichschnell aufeinander zu beschleunigen (F=m*a). Oft ist es jedoch so, dass eine der Ladungen viel viel schwerer ist als die andere, dann beschleunigt sich die leichtere viel viel schneller auf die schwere zu als andersrum. Stell dir vor, Moritz wiegt 5Tonnen. Dann wird unser Max mit seinen 40kg sich durch sein Ziehen am Seil selber zum Max hin bewegen. In beiden Faellen gilt F=m*a. Dabei ist a die Beschleunigung. F ist bei beiden gleich. Durch die unterschiedliche Masse m kann man sich schnell ueberlegen das die Beschleunigung unterschiedlich gross sein muss.
Die elektrische Feldstärke ist gegeben durch E(nicht zu
verwechseln mit E wie Energie)= Coulomb-Kraft F / Probeladung
q.
Dieses E wurde eingefuehrt, damit man Feld(staerken) miteinander vergleichen kann. Wenn man dafuer die Kraft auf ein Teilchen verwenden wuerde, dann muesste man immer dazusagen, wie gross die Ladung dieses Teilchens ist. Normiert man jedoch auf die Ladung q (indem man F durch die Ladung q teilt), dann ist die Zahl die man erhaelt unabhaengig von der Ladung und kann so mit anderen Feldstaerken verglichen werden. E ist demnach eine (schoenes und praktisches) Zahl. Wenn du ein Ladung q in ein Feld E bringt, dann wirkt die Kraft F=E*q darauf. Und mit der Energie hat das wirklich nichts zu tun. Die haben nur den selben Buchstaben!
Aussage 4:
Die Feldstärke (Def. Wikipedia: "Die Feldstärke ist ein Maß
für die Fähigkeit eines physikalischen Feldes, eine Kraft auf
einen Testkörper auszuüben, der eine Eigenschaft (beschrieben
durch eine physikalische Größe) besitzt, auf die das Feld
wirken kann. ")
kann man anhand dem Feldlinien-Bild ermitteln anhand der
Dichte der Fellinien?
Ja, schon irgendwie… Je mehr Feldlinien bzw. je hoeher die Dichte der Feldlinine (Gummibaender), um so groesse die Kraft auf eine Ladung. Und je groesser die Kraft um so groesse muss auch die Feldstaerke E sein. Da das mit den Feldlinien aber nur ein Modell ist, kann man in der Praxis nicht die Feldlinien pro cm^2 zaehlen und dann irgendwie hoffen auf die richtige Zahl zu kommen. Wieviele Feldlinien in einem Bild eingezeichnet ist ist kuenstleriche Freiheit. Oft haelt sich der „Kuenstler“ jedoch daran, dass er die Zeichnung eines doppelt so starken E-Felds mit doppelt so vielen Feldlinien versieht.
Aussage 5:
Die vektorielle Kraft die auf eine Probeladung q wirkt lässt
sich bestimmt ermitteln?
Heisst es, dass die Ladung Q1 (z.B. positive Ladung) und Q2
(z.B. negative Ladung) am Ort bleiben? Ansonsten würde sich
bei einer positiven Probeladung q auch gleichzeitig Q1 von a
abstossen, die Feldlinien müssten sich dann doch verschieben?
Ich hab deine Frage nicht ganz verstanden. Was meinst du hier mit a? Meintest du mit a vielleicht q?
Jede Ladung in einem elektrischen Feld veraendert bzw verbiegt die Feldlinien. Das wird jedoch nicht bei jeder Zeichnung beruecksichtigt. Stimmt. Q1 und q (wenn beide positiv sind) stossen sich ab. Jedoch kann es gut sein, dass das Teilchen, wo die Ladung Q1 drauf sitzt, viel viel schwerer ist als q. Dann stossen sich beide zwar ab, aber Q1 wird sich nur sehr sehr (vernachlaessigbar) wenig bewegen. Aber auch das Bewegen von q veraendert das Bild der Feldlinien. Wenn sich q in einem kleinen Zeitschrit Delta t etwas bewegt hat, hat sich auch die Kraft F darauf etwas veraendert. Wenn du nur zwei Ladungen Q (die halten wir mal an einem Ort fest) und die Probeladung q hast, dann kannst du die Kraft F(q,Q) auf q durch die obige Formel bestimmen. Die selbe (entgegengesetzte) Kraft wirkt natuerlich auch auf Q, aber die halten wir ja fest und brauchen das damit nicht betrachten.
Wenn du eine Probeladung q in einem Feld mit zwei Ladungen Q1 und Q2 hast, dann musst du F(q,Q1) und F(q,Q2) berechnen und durch ein Krafteparallelogramm vektoriell addieren.
Wenn ich für E=F/q eine kleinere Ladung einsetze wird auch die
Feldstärke F kleiner. Dies ist mir momentan noch etwas zu
abstrakt. Was heisst das genau?
Nein, die Felstaerke E bleibt konstant. Die Kraft F auf eine Ladung q ist abhaengig von Ladung. Grosse Ladung heisst grosses q und grosses F. Kleine Ladung heisst kleines q und kleines F. Der Quotient daraus ist jedoch gleich. Das muss es ja auch, da E eine Zahl ist, die die Staerke des Feldes angibt und eben nicht von der Probeladung abhaengen soll.
So… ich hoffe ich habe dich jetzt nicht noch mehr verwirrt! Wenn du noch mehr Fragen hast, darfst du mir gerne ne Email schreiben.
Beste Gruesse
Martin
[email protected]
