(ET1-10) Die Gesamtladung

Zum besseren Verständnis erklären wir dir jetzt was es mit der Gesamtladung auf sich hat. Dabei gehen wir auf die beiden Werkstoffe Kupfer und Aluminium näher ein. Beide werden als Leitermaterial im Straßenbau eingesetzt, da sie eine gute bis sehr gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen.

Für ein optimales Verständnis helfen dir 3 Videoclips zu dem Thema.

Mehr zu diesem Thema und der Elektrotechnik findest du im Kurs: ET1-Grundlagen der Elektrotechnik

Gesamtladung – Definition

Merk’s dir!

“Die Gesamtladung ist die Summe aller Ladungsträger”

Bei diesen Erdkabeln liegt fast immer der gleiche Aufbau vor. Es gibt einen Kern aus Aluminium und eine durch Isoliermaterial, meist Kunststoff, getrennten Ring aus kleineren Kupferkabeln.

Merk’s dir!

Sowohl Kupfer als auch Aluminium haben beide eine besonders gute elektrische Leitfähigkeit.

Gesamtladung von Kupfer

Die Gesamtladung von Kupferatomen ist neutral, denn es befinden sich 29 Protonen im Kern und 29 Elektronen in der Hülle. Beide Ladungen gleichen sich aus. Hinzu kommen noch 34 Neutronen.

Gesamtladung von Aluminium

Die Gesamtladung von Aluminiumatomen ist ebenfalls neutral, denn hier befinden sich 13 Protonen und 13 Elektronen. Die Anzahl der Neutronen ist 14.

Gesamtladung - Aluminium — Gesamtladung – Aluminium

Kurzzeichen der Gesamtladung

Aber nun wieder auf Anfang. Wir wollen die elektrische Ladung ja aus der Sicht eines Technikers oder Ingenieurs beschreiben. Die elektrische Ladung wird mit dem Formelzeichen Q (Quantum) angegeben.

Einheit der elektrischen Ladung

Die Einheit der elektrischen Ladung ist Coulomb. Hierfür verwenden wir das Einheitszeichen C.

Kommen wir nun zu den Umrechnungsmöglichkeiten. Ein Coulomb C lässt sich auch in der Einheit Amperesekunde As überführen.

Denn

$1 C = 1 As$

Umrechnungen

Die Kapazität von Batterien wird in Amperestunden angegeben. 1 Amperestunde entspricht dann 3600 As bzw. 3600 C.

Berechnung der Ladungsmenge – Formel

Möchten wir nun die Ladungsmenge eines Elements näher berechnen, so hilft uns dabei die nachfolgende Gleichung:

$Q = N \cdot e$

Kennzahlen:

$Q =$ Gesamtladung des Elements in C

sowie

$N =$ Anzahl der Ladungen

sowie

$e =$ Elementarladung.

Beispiel: Gesamtladung ermitteln

Aufgabenstellung

Wir haben die Angabe der Anzahl von Ladungen mit $n = 24,86 \cdot 10^{17}$ gegeben. Die Aufgabe besteht nun darin die Gesamtladung zu ermitteln.

Lösung

Wir verwenden unsere bekannte Gleichung $Q = n \cdot e$

Die Elementarladung ist uns mit $e = 1,602 \cdot 10^{-19}$ gegeben.

$Q = (24,96 \cdot 10^{17}) \cdot (1,602 \cdot 10^{-19} )$

$Q = 0,4 C$

Wir erhalten eine Gesamtladung von $Q = 0,4 Coulomb$

Die Elektronen in einem Quantum

In einem Quantum wird eine Anzahl von Elektronen erfasst.

In einem Quantum befinden sich:

$-Q = - 1 C = 6,241 \cdot 10^18 \cdot 1e^- \text{ Elektronen }$

sowie

$+Q = + 1 C = 6,241 \cdot 10^18 \cdot 1e^+ \text{ Protonen}$

Was kommt als Nächstes?

Im nächsten Kurstext erklären wir dir die Elementarladung im Detail. Zudem erfährst du wozu man die Elementarladung benötigt.

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