Versuch

Coulomb-Gesetz (Schürholzwaage)

Info

Video mit Scheits erklärenden Worten

Siehe auch E.A.1.6
Die anziehenden bzw. abstoßenden Kräfte zwischen zwei geladenen Kugeln werden mit der Coulomb´schen Drehwaage gemessen.
Die eine Kugel ist an einem Torsionsfaden mit Spiegel befestigt, die andere Kugel ist auf einer Messschiene verschiebbar. Für die Präsentation im Hörsaal wird die von der Coulomb-Kraft hervorgerufene Auslenkung der Kugel am Torsionsfaden mit einem Laser-Lichtzeiger demonstriert. Zum genaueren Messen des Drehmomentes auf die Kugel am Torsionsfaden kann die von der Coulomb-Kraft hervorgerufene Auslenkung durch Verdrillen des Fadens wieder kompensiert und das dafür erforderliche Drehmoment auf der an der Drehwaage befindlichen Skala abgelesen werden.

Vorbereitungsdauer: 1.0 Tage
Durchführungsdauer: 10 Minuten
Sicherheitszeichen:

Beschreibung

Zwischen zwei punktförmigen elektrischen Ladungen $Q_{1}$ und $Q_{2}$ mit dem Abstand r wirkt gemäß dem Coulomb’schen Gesetz die Kraft $F = \frac{1}{4 π ε_{0}} \frac{Q_{1} \cdot Q_{2}}{r^{2}} \hat{r}$ mit der Dielektrizitätskonstanten $ε_{0}$ und dem Einheitsvektor $\hat{r}$ in Richtung $Q_{2} \to Q_{1}$ .
Für den Versuchsaufbau bedeutet dies, dass der Abstand r der Kugelmittelpunkte deutlich größer sein muss als die Kugelradien von 3 cm.
Der Versuch soll jeweils eine der beiden Proportionalitäten bestätigen:
$F \propto Q_{1} \cdot Q_{2}$ und $F \propto \frac{1}{r^{2}}$

Kugel A an der Coulomb´schen Drehwaage,
Kugel B auf einer Messschiene verschiebbar.

a) A und B mit Netzgerät aufladen. Auslenkung a messen.
$r = r_{0} =$ konstant. $r$ : Abstand zwischen Kugeln
b) Erst B entladen und dann die Ladung von Kugel A durch Berühren mit B halbieren. Auslenkung a messen.

c) A und B aufladen. Auslenkung a messen.
$r = r_{0} =$ konstant. $r$ : Abstand zwischen Kugeln
d) Abstand zwischen Kugeln verdoppeln. Auslenkung a messen.

Hinweise zur Durchführung:
Die Versuchsteile sollten zügig durchgeführt werden, da sich die Kugeln mit der Zeit entladen (Leckströme, Luftfeuchtigkeit).
Bei einer quantitativen Messung hält man den Abstand der Kugeln durch Verdrillen des Fadens konstant.

Hinweise zum Aufbau:
Der Versuch wird auf zwei Tischen aufgebaut, damit die Drehwaage in Ruhe bleibt.
Um Leckströmen vorzubeugen, werden die Isolatoren mit dest. Wasser oder Alkohol gereinigt.

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