Die elektrische Ladung, die durch alles fließt, von einer AA-Batterie bis zu einem Blitz, wird in Coulomb gemessen. Kennt man den Stromfluss in einem Stromkreis und wie lange er fließt, kann man die elektrische Ladung in Coulomb berechnen.
Eigenschaften von Coulomb
Elektronen sind winzig und haben eine sehr geringe Ladung. In der Physik wird eine sehr große Anzahl von Elektronen als 1 Ladungseinheit definiert, die als Coulomb bezeichnet wird. Ein Coulomb entspricht 62 × 1018 Elektronen. Die Anzahl der Coulombs pro Sekunde wird Strom genannt (d. h. die Rate der Coulombs, die im Stromkreis fließen). Die Energie eines Coulombs heißt Spannung und wird in Joule gemessen.
So berechnen Sie die elektrische Ladung
Um die Menge an elektrischer Ladung zu bestimmen, die in einem Stromkreis fließt, müssen Sie den Stromfluss kennen und wissen, wie lange er fließt. Die Gleichung lautet:
\text{Ladung in Coulomb}=\text{Strom in Ampere}\times\text{Zeit in Sekunden}
Fließt beispielsweise 40 s lang ein Strom von 20 A, so lautet die Berechnung 20 × 40. Die elektrische Ladung beträgt also 800 C.
So berechnen Sie die übertragene Energie
Wenn Sie die elektrische Ladung in Coulomb und die Spannung (auch Potentialdifferenz genannt) kennen, können Sie berechnen, wie viel Energie übertragen wird. Die Gleichung lautet:
\text{Energie umgewandelt in Joule}=\text{Potentialdifferenz in Volt}\times\text{Ladung in Coulomb}
Wenn die Potenzialdifferenz beispielsweise 100 V beträgt und die Ladung 3 C beträgt, beträgt die Berechnung 100 × 3. Es werden also 300 J Energie übertragen.
Verwendung des Coulomb-Gesetzes
Das Produkt der elektrischen Ladungen in zwei Körpern (d. h. ob sie sich anziehen oder abstoßen) hängt von der Ladung jedes Körpers in Coulomb sowie vom Abstand zwischen den Körpern ab. Bei gleichen Polaritäten (beide positiv oder beide negativ) stößt die Coulomb-Kraft ab, bei entgegengesetzten Polaritäten (negativ/positiv oder positiv/negativ) zieht die Coulomb-Kraft an. Die elektrische Ladung ist auch umgekehrt proportional zum Quadrat des Trennungsabstands zwischen den beiden Körpern. Dies ist als Coulombsches Gesetz bekannt, das wie folgt lautet:
In dieser Gleichung ist F die Kraft, die auf Ladungen (q1) und (q2), k ist die Coulomb-Konstante und (r) ist der Abstand zwischen (q1) und (q2). Der Wert von k hängt vom Medium ab, in das die geladenen Objekte eingetaucht sind. Zum Beispiel beträgt der Wert von Luft ungefähr 9,0 × 109 Nm2/C2. Das Coulomb-Gesetz kann für viele physikalische Probleme verwendet werden, bei denen Sie alle Werte außer einem kennen.