Elektrische Ladung beschreibt eine grundlegende Eigenschaft von Materie. Ihre Menge wird in Coulomb angegeben. Die Einheit verbindet die Stromstärke mit der Zeit: Fließt ein konstanter Strom von einem Ampere genau eine Sekunde lang, wurde eine Ladung von einem Coulomb übertragen.
Coulomb ist damit gleichbedeutend mit einer Amperesekunde (As).
Beziehung zur Elementarladung
Die Ladung einzelner Elektronen ist sehr viel kleiner als ein Coulomb. Der Betrag der Elementarladung ist eine definierte physikalische Konstante und beträgt exakt 1,602176634 × 10−19 C. Daraus folgt, dass ein Coulomb ungefähr 6,2415 × 1018 Elementarladungen entspricht.
Das Coulomb-Gesetz
Das Coulomb-Gesetz beschreibt die elektrostatische Kraft zwischen zwei idealisierten Punktladungen. Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an. Der Betrag der Kraft wächst mit den Ladungsmengen und nimmt mit dem Quadrat ihres Abstands ab.
Q₁ und Q₂ bezeichnen die Ladungen, r ihren Abstand und ε die Permittivität des umgebenden Mediums.
Welche Rolle spielt der Abstand?
Weil der Abstand quadriert im Nenner steht, sinkt die Kraft schnell: Wird der Abstand zwischen zwei Punktladungen verdoppelt, beträgt der Kraftbetrag nur noch ein Viertel. Bei mehreren Ladungen werden die einzelnen Kräfte unter Beachtung ihrer Richtung vektoriell addiert.
Permittivität des Mediums
Die Stärke der Wechselwirkung hängt auch vom Material zwischen den Ladungen ab. Diese Eigenschaft wird durch die Permittivität beschrieben. Für das Vakuum gilt näherungsweise ε0 = 8,854 × 10−12 F/m.
Typische Anwendungen
Coulomb begegnet in der Elektrotechnik unter anderem bei Ladungsmengen in Kondensatoren, in der Elektrochemie, bei Akkumulatoren und bei der Betrachtung geladener Teilchen. In der Praxis werden wegen der Größenordnungen häufig Untereinheiten wie Mill coulomb (mC), Mikrocoulomb (µC) oder Nanocoulomb (nC) verwendet.