Coulombfeld

Der Coulombfeld ist das statische elektrische Feld, das von einer ruhenden Punktladung erzeugt wird. Es beschreibt die Kraft, die auf eine weitere Ladung in der Umgebung wirkt, gemäß der Coulombschen Kraft. Für einen Punkt in Abstand r von der Ladung hat das Feld die Form E(r) = (1/(4π ε0)) (q / r^2) r̂, wobei r̂ der Einheitsvektor vom Ladungszentrum zum Feldpunkt ist. Die zugehörige elektrische Potenzialfunktion ist V(r) = (1/(4π ε0)) (q / r).

Bei mehreren Ladungen addiert sich das Feld nach dem Prinzip der Superposition: E = Σ (1/(4π ε0)) qi rî / ri^2 und V = Σ (1/(4π ε0)) qi / ri. Das Coulombfeld ist konservativ, E = -∇V, und erfüllt das Gauss-Gesetz sowohl in Integral- als auch in Differentialform: ∮ E·dA = q_enclosed/ε0 bzw. ∇·E = ρ/ε0.

Eigenschaften des Feldes umfassen seine kugelsymmetrische Struktur um die Quelle, den 1/r^2-Abfall der Feldstärke und die Singulität bei r = 0 für Punktladungen. In realen Situationen besitzen Ladungen räumliche Ausdehnung, und Materialien oder Grenzbedingungen verändern das Feld durch Abschirmung und Polarisierung.

Anwendungen des Coulombfelds finden sich in der Elektrostatik für die Berechnung von Kräften, Potenzialen und Energien zwischen Ladungen, in der Chemie zur Beschreibung elektrostatischer Wechselwirkungen, bei Kondensatoren sowie in der theoretischen und angewandten Physik.

Der Begriff ist nach Charles-Augustin de Coulomb benannt, der das zugrunde liegende Gesetz formulierte.