CoulombWechselwirkung

Die Coulomb-Wechselwirkung, auch Coulomb-Wechselwirkung genannt, ist die statische elektromagnetische Anziehung oder Abstoßung zwischen elektrisch geladenen Teilchen. Sie wird durch das Coulombs Gesetz beschrieben: F = k q1 q2 / r^2, wobei k = 1/(4π ε0) im Vakuum und ε0 die elektrische Feldkonstante ist (ε0 ca. 8,854×10^-12 F/m). Die zugehörige Potenzialenergie ist V(r) = k q1 q2 / r. Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, entgegengesetzte Ladungen ziehen sich an.

In der Quantenmechanik bildet die Coulomb-Wechselwirkung den zentralen Langreichweitenanteil der elektromagnetischen Kopplung zwischen geladenen Teilchen. Sie bestimmt maßgeblich die Struktur von Atomen und Molekülen; in der Quantenchemie erscheinen Coulombterms als Elektronen-Elektron-Wechselwirkung und Elektronen-Nukleus-Anziehung. In theoretischen Modellen wie der Hartree-Fock- Methode oder der Dichtefunktionaltheorie wird die Coulomb-Wechselwirkung durch entsprechende Operatoren beziehungsweise Integrale berücksichtigt, um Bindungs- und Energieniveaus zu beschreiben.

In Materie wird die Coulomb-Wechselwirkung durch die Dielektrizität des Mediums abgeschwächt. Die effektive Kraft ist dann F = (1/(4π ε0 εr)) q1 q2 / r^2, wobei εr die relative Dielektrizität des Materials ist. In Plasma oder leitenden Medien kann zusätzlich eine Abschirmung auftreten, die zu einer gekrümmten oder abklingenden Potenzialform wie Yukawa- oder Debye-Hückel-Potenzial führt.

Historisch benannt ist die Coulomb-Wechselwirkung nach Charles-Augustin de Coulomb, der das Gesetz 1785 formulierte. Sie bildet eine Grundkomponente der Elektrodynamik, der Chemie, der Festkörperphysik und der Plasmaphysik und findet breite Anwendung bei der Erklärung von Bindungen, Lattice-Energien, Ladenverteilungen in Kondensatoren und dem Verhalten von Ionenschichten.