Coulomb
1785 hängte Charles Coulomb einen leichten Waagebalken mit einem Kügelchen aus Holundermark an einen Silberfaden. Daneben befestigte er ein zweites solches Kügelchen und lud beide auf. Die Kügelchen stießen sich ab, und der Faden verdrillte sich. Coulomb drehte den Torsionskopf und beobachtete, um wie viel Grad er den Faden verdrillen musste, um den Abstand der Kügelchen zu halbieren. Es war das Vierfache.
So zeigte er, dass die Kraft zwischen Ladungen mit dem Quadrat des Abstands abnimmt. 1881 wurde die Einheit der Ladung nach ihm benannt. Ein Coulomb ist die Ladung, die ein Strom von einem Ampere in einer Sekunde transportiert, rund 6,24·10¹⁸ Elektronen. Ein Smartphone-Akku speichert etwa 14 000 Coulomb, ein Blitz transportiert etwa zwanzig.
| Zeichen | C |
| Definition | Amperesekunde · A·s · genau 1/e Elementarladungen |
| Bezugswerte | e — 1,602 176 634·10⁻¹⁹ C · 1 A·h — 3600 C · Faraday — 96 485 C |
| Eingeführt | 1881, Internationaler Elektrizitätskongress · seit 1960 im SI |
| Normen | ISO 80000-6 · IEC 80000-6 · SI Brochure 9th ed. |
| Typische Werte | 1 µC — Funke vom Finger · 20 C — Blitz · 14 400 C — Smartphone-Akku |
01 · Definition
Ampere für eine Sekunde
Die Ladung Q ist die Elektrizitätsmenge. Fließt in einem Draht ein Strom von einem Ampere, tritt jede Sekunde ein Coulomb durch seinen Querschnitt. Ladung kann positiv oder negativ sein. Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an.
Ladung entsteht nicht aus dem Nichts und verschwindet nicht. Reibt man Bernstein an Wolle, wandern nur Elektronen von einem Körper zum anderen. Die Ladung jedes Körpers ist ein Vielfaches der Elektronenladung e. Seit 2019 ist dieser Wert exakt: 1,602 176 634·10⁻¹⁹ C.
Wo stecken mehr Coulomb: im Blitz oder im Smartphone
Links zwei Gefäße, die auf einer logarithmischen Skala mit Ladung gefüllt sind: Jeder Teilstrich steht für das Tausendfache. Die blauen Punkte sind Elektronen. Rechts zeigen rote Balken die Energie derselben Ladung, ebenfalls logarithmisch. Energie ist Ladung mal Spannung, deshalb können Balken und Gefäße auseinanderlaufen. Wählen Sie, was Sie vergleichen möchten.
Auf Akkus steht die Ladung in Amperestunden: Ein Strom von einem Ampere transportiert in einer Stunde 3600 C. Ein Smartphone-Akku mit 4000 mAh speichert 14 400 C. Die Energie erhält man, indem man die Ladung mit der Spannung multipliziert: 14 400 C bei 3,85 V sind etwa 55 kJ oder 15 Wh.
Halber Abstand — vierfache Kraft
Links die Waage von der Seite: ein Glaszylinder, darin hängt an einem Silberfaden ein Waagebalken mit einem Kügelchen, daneben ist ein zweites Kügelchen befestigt. In der Mitte derselbe Zylinder von oben, an der Wand eine Gradskala. Der rote Pfeil ist die Kraft, mit der die Ladungen das Kügelchen abstoßen, der messingfarbene die Kraft des Fadens, die es zurückzieht. Rechts der Torsionskopf: Dreht man ihn, wird der Faden stärker verdrillt, und die Kügelchen rücken zusammen. Unten rechts werden die Messwerte notiert: der Winkel zwischen den Kügelchen und die gesamte Verdrillung des Fadens. Die Quadrate sind die Zahlen aus Coulombs Bericht.
Die Kügelchen sind geladen und stoßen sich ab. Drehen Sie den Torsionskopf.
02 · Umrechnung
| Einheit | Wert | Wo es vorkommt |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Das Faraday ist die Ladung eines Mols Elektronen, 96 485 C. So viel braucht man, um 108 g Silber aus einer Lösung abzuscheiden.
Ein Akku mit 4000 mAh speichert 14 400 C, doch bei 3,85 V sind das nur etwa 15 Wh Energie.
Das Statcoulomb aus dem CGS-System ist etwa drei Zehnmilliardstel Coulomb.
03 · Größenordnungen
04 · Messgeräte
05 · Schreibregeln
06 · Benachbarte Einheiten
07 · Historischer Teil
Seit 2019 legt das SI den Wert der Elementarladung fest: genau 1,602 176 634·10⁻¹⁹ C. Das Ampere ist nun ein Strom solcher Ladungen pro Sekunde, und ein Coulomb enthält genau 1/e Elementarladungen, rund 6,24·10¹⁸.
Früher wurde das Ampere über die Kraft zwischen Leitern definiert, noch früher über Silber. 1908 schied das „internationale Ampere“ 1,118 mg Silber pro Sekunde aus einer Lösung ab, jedes Coulomb lieferte also 1,118 mg. Heute lässt sich Ladung Stück für Stück zählen: Eine Einzelelektronenpumpe befördert Elektronen einzeln mit vorgegebener Frequenz.
Größenkatalog
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Ein Tropfen Säure ändert die Farbe des Safts, Salz färbt die Flamme, Wasser gefriert durch ein Klopfen. Darunter alle Simetrium-Blätter, nach Fachgebieten und alphabetisch.
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