Was ist ein Coulomb?
Ein Coulomb ist ein Maß für die elektrische Ladung und ist definiert als die Ladung, die mit einem konstanten Strom von einem Ampere (1 Ampere) während einer Sekunde fließt. Die Ladung kann entweder positiv oder negativ sein. Dies entspricht 6,241 x 10 18 Elektronen. Die Idee eines Coulombs ist in der Elektrochemie und in der Physik nützlich.
Eigenschaften in Elektrizität werden oft mit der Physik von Wasser in Rohren oder Flüssen verglichen. In dieser Analogie ist Ampere oder Amperezahl die Wasserdurchflussrate und Coulomb die Wassermenge, die während eines bestimmten Zeitraums transportiert wird. Unter alltäglichen Umständen beschäftigen sich die meisten Menschen mit der Spannung, die ein Gerät benötigt, oder mit der Leistung einer Ersatzglühlampe. Der tatsächliche Ladungsfluss oder die verwendeten Coulombs sind nur dann wichtig, wenn die Stromrechnung bezahlt werden muss.
Eine elektrische Ladung ist nicht dasselbe wie ein Elektron. Ein Elektron ist ein subatomares Teilchen, das eine Ladung trägt. In einem Stück Metall werden die Elektronen von den Protonen, dem positiv geladenen Kern des Atoms, ziemlich locker festgehalten. Sobald ein Potential oder eine Spannung angelegt wird, verschieben sich die Elektronen gleichmäßig und die Ladung wird übertragen, solange ein Potentialunterschied zwischen den Enden des Metalls besteht, genau wie ein Fluss einen vertikalen Tropfen zum Fließen benötigt.
Da die Ladung eines Coulombs der Summe der Ladungen von 6,241 × 10 18 Elektronen entspricht, ist die Ladung eines Elektrons umgekehrt: 1 geteilt durch 6,241 × 10 18 Elektronen pro Coulomb. Die Ladung eines Elektrons beträgt 1,602 · 10 & supmin; ¹ & sup9; Coulomb. Robert Millikan erhielt 1923 den Nobelpreis für seine Arbeiten zur Messung der Ladung eines Elektrons.
Die bekannteste Ladungsübertragung findet in einem Haushaltsstromkreis statt. Ein Metallleiter, typischerweise ein Kupferdraht, wird verwendet, um Elektrizität von der Hausversorgung auf eine Leuchte zu übertragen. Wenn ein Lichtschalter eingeschaltet wird, erscheint das Licht sofort. Dies geschieht, weil sich die Ladung tatsächlich schneller als die Elektronen bewegt. Es bewegt sich auch in die entgegengesetzte Richtung.
Einige Feststoffe übertragen Ladungen als positiv geladene Protonen. Manchmal werden die Ladungsträger dieser Feststoffe als Elektronenlöcher bezeichnet, oder wo sich Elektronen befinden sollten. In der Elektronik verwendete Halbleiter bestehen häufig aus positiv ladungsführenden Materialien. In diesen Materialien bewegt sich die Ladung in die gleiche Richtung wie die Ladungsträger. Elektrolytlösungen, Lösungen von gelösten Mineralien oder anderen Substanzen, tragen Ladungen in zwei Richtungen, da sich die negativ geladenen Ionen in eine Richtung und die positiv geladenen Ionen in die entgegengesetzte Richtung bewegen.
Coulombs werden in elektrochemischen Berechnungen und von Physikern verwendet, die sich mit Elektrizität und Magnetismus befassen. Ein weit verbreitetes chemisches Problem in der Schule wird untersuchen, wie viel Metall in einem Metallisierungsbad auf einem Substrat abgelagert wird, wenn die Stromstärke und die Zeitdauer, in der der Strom angelegt wird, gegeben sind. Ein physikalisches Problem bei der Verwendung von Coulombs könnte mit der Effizienz eines Photovoltaik-Panels zusammenhängen, das Photonenenergie in Elektrizität umwandelt.