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Coulomb Einheit
 
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BissleBlöd
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Beitrag BissleBlöd Verfasst am: 24. Okt 2014 10:28    Titel: Coulomb Einheit Antworten mit Zitat

Ich habe ein Problem mit der Einheit Couloumb. Sie wird ja durch Ampere mal Sekunde beschrieben. Das heißt in C (Ladung Q) steckt auch die Zeit mit drin.

Wenn ich nun ein Elektron habe, wie kann da die Zeit drinstecken? Heißt das wenn ich 5 sekunden lang ein Elektron betrachte hat es 5e? oder wie muss ich mir das Vorstellen?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14791

Beitrag GvC Verfasst am: 24. Okt 2014 10:35    Titel: Antworten mit Zitat

Die Dir unverständliche Einheit As ergibt sich aus der Definition des elektrischen Stromes



oder im Falle eines zeitlich konstanten Stromes



Daraus folgt



Strom und Zeit sind zwei der Basisgrößen im SI-System, die die Einheit A (Ampere) und s (Sekunde) haben.
PhyMaLehrer



Anmeldungsdatum: 17.10.2010
Beiträge: 1074
Wohnort: Leipzig

Beitrag PhyMaLehrer Verfasst am: 24. Okt 2014 10:40    Titel: Antworten mit Zitat

Wenn durch einen Draht ein Strom mit der Stärke 1 A fließt, dann fließen durch den Querschnitt des Leiters in 1 s Ladungsträger mit einer Ladung von insgesamt 1 As = 1 C.

(Stell dir vor, in dem Draht ist ein Tor, neben dem ein Pförtner sitzt. Er zählt die Elektronen, die das Tor passieren. Wenn die Stromstärke 1 A ist, passiert in 1 s eine bestimmte Anzahl von Elektronen das Tor. Deren Gesamt-Ladungsmenge wird als 1 As bezeichnet. Big Laugh )
BissleBlöd
Gast





Beitrag BissleBlöd Verfasst am: 25. Okt 2014 12:52    Titel: Antworten mit Zitat

PhyMaLehrer hat Folgendes geschrieben:
Wenn durch einen Draht ein Strom mit der Stärke 1 A fließt, dann fließen durch den Querschnitt des Leiters in 1 s Ladungsträger mit einer Ladung von insgesamt 1 As = 1 C.


Also wenn ich ein Strom der Stärke 1 A 5 Sekunden fließen lasse, heißt dass es sind 5C geflossen.

Das hab ich verstanden. Aber nun wird zb., die elektronladung auch in Coulumb angegeben. Ich kapier nicht ganz was dort der Faktor Zeit zu suchen hat.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14791

Beitrag GvC Verfasst am: 25. Okt 2014 13:21    Titel: Antworten mit Zitat

Ich weise noch einmal auf die Definition des Stromes hin: I=Q/t. Daraus folgt, dass Q=I*t. Die Einheit des Stromes ist A (Ampere), die der Zeit ist s (Sekunde). Beide multipliziert ergibt As, wofür man einen neuen Namen erfunden hat, nämlich C (Coulomb).
BissleBlöd
Gast





Beitrag BissleBlöd Verfasst am: 25. Okt 2014 13:46    Titel: Antworten mit Zitat

GvC hat Folgendes geschrieben:
Ich weise noch einmal auf die Definition des Stromes hin: I=Q/t. Daraus folgt, dass Q=I*t. Die Einheit des Stromes ist A (Ampere), die der Zeit ist s (Sekunde). Beide multipliziert ergibt As, wofür man einen neuen Namen erfunden hat, nämlich C (Coulomb).

Ja klar das habe ich verstanden, aber meine Frage war ja nicht woher die Größe stammt bzw. woher man sie herleitet.

Ich komm nicht ganz darauf klar, dass wenn ich ein Elektron betrachte, habe ich eine Ladung von e=1,602176565(35)⋅10−19 C. Dass heißt ich habe eine "menge" von & e=1,602176565(35)⋅10−19 Couloumbs. Die Definition von Couloumb ist [A]*[s]. Aber in einem Elektron fließt doch nichts, wie kann ich da dann die Zeit bestimmen?

Ich weiß nicht ob du meine Frage nicht verstehst, dass du zum zweiten Mal nun auf die Definition verweist (auf die ich mich doch die ganze Zeit beziehe)

Ein anderes Beispiel. Ich stehe am an der Autobahn und will wissen, wieviel o Automasse an einer Sekunde diese Stelle passieren. Dazu habe ich eine Einheit, ich nenne sie mal "Gewichtszeit" die angibt wieviel Automasse in jeder Sekunde an der Stelle vorbeifährt (ich hoffe ihr Erkennt die parallelen zum Strom)

Wenn ich nun ein einzelnes Auto anschaue (ohne das sich irgendwo stehe undzähle oder eine zeitbrauche) dann wird die Menge der Masse ja auch nicht in "Gewichtszeit" mal Sekunde ausgedrückt.

Ich hoffe ihr versteht mich was ich meine.

Wenn ich ein Elektron betrache, habe ich ja keine Zeitliche Räumlichkeit, in 5 Sekunden wird ein Elektronimmer noch e=1,602176565(35)⋅10−19 C Ladung haben. Ich habe Also keine Zeitliche abhängigkeit. Aber Couloumb wird ja per Zeit definiert....
Pfirsichmensch



Anmeldungsdatum: 09.08.2014
Beiträge: 284

Beitrag Pfirsichmensch Verfasst am: 25. Okt 2014 15:40    Titel: Antworten mit Zitat

Also eigentlich haben GvC und PhyMaLehrer dir schon darauf geantwortet, dein Problem liegt vielleicht darin, die Einheitengleichungen allgemein zu interpretieren und daraus was zu lesen:



Ampere * Sekunde, daraus liest du folgendes: 1 Coulomb entspricht der Ladungsmenge wenn du einen Strom von einem Ampere eine Sekunde lang fließen lässt. Das war es schon.

Die Einheit Coulomb wird durch das Formelzeichen Q beschrieben und daher hattest du schon die richtige Vermutung, es ist eine gequantelte Größe (wie q schon darauf hinweist)

In einem Elektron fließt in der Tat nichts, aber ein Elektron ist zuständig für den atomaren Kreissstrom den du auch mithilfe der Ladung berechnen kannst. Daher kann man Ampere * Sekunde sehr gut interpretieren. Es gibt also doch eine zeitliche Abhängigkeit.

Du kannst damit nun ganz einfach berechnen, wieviele Elektronen 1 C sind.
(nur wenn Elektronen den Ladungstransport übernehmen!)



Also entsprechen 1 Coulomb 6,24 * 10^18 Teilchen, wenn Elektronen für den Ladungstransport zuständig sind.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14791

Beitrag GvC Verfasst am: 25. Okt 2014 15:51    Titel: Antworten mit Zitat

BissleBlöd hat Folgendes geschrieben:
Ich weiß nicht ob du meine Frage nicht verstehst, dass du zum zweiten Mal nun auf die Definition verweist (auf die ich mich doch die ganze Zeit beziehe)


Ich fürchte, Du verstehst nicht, obwohl Du Dich selber auf die Definition von Coulomb beziehst.

BissleBlöd hat Folgendes geschrieben:
Die Definition von Couloumb ist [A]*[s].


BissleBlöd hat Folgendes geschrieben:
Ein anderes Beispiel. Ich stehe am an der Autobahn und will wissen, wieviel o Automasse an einer Sekunde diese Stelle passieren. Dazu habe ich eine Einheit, ich nenne sie mal "Gewichtszeit" die angibt wieviel Automasse in jeder Sekunde an der Stelle vorbeifährt (ich hoffe ihr Erkennt die parallelen zum Strom)


Ja sicher. Du ziehst die Parallele nur falsch. Ganz abgesehen davon, dass Du Masse und Gewicht zu verwechseln scheinst, kannst Du doch Masse pro Zeit nicht Massenzeit (und erst recht nicht Gewichtszeit) nennen. Masse pro Zeit ist m/t. Dafür kannst Du eine neue Größe definieren und diesen Massenstrom ganz in Analogie zum Ladungsstrom beispielsweise I nennen. Also I=m/t, die Einheit ist dann kg/s, und dafür vergibst Du einen neuen Namen, z.B. A. Also kg/s = A. Um die Automasse zu bestimmen, die in einer bestimmten Zeit an Dir vorbeifährt, musst Du den Massenstrom mit der Zeit multiplizieren. Also

m = I*t

Die Einheit dieser Größe ist nach unserer Definition A*s und stellt eine Masse dar, denn A*s = (kg/s)*s = kg.

Jetzt kannst Du Dich genauso wie beim Ladungstransport darüber aufregen, weshalb in der Einheit der Masse A*s die Zeit enthalten ist. Und ich könnte Dir wieder nur antwotrten, dass sich das aus der Definition des Massenstroms I (analog zur Definition des elektrischen Stromes) ergibt. Dort war der Strom als I = Q/t definiert worden , hier als I = m/t. Entsprechend ist die Einheit des elektrischen Stromes C/s, die des Massenstromes kg/s. Ich hatte mehrfach darauf hingewiesen, aber das wolltest Du nicht hören. Mehr kann ich dazu jetzt aber wirklich nicht sagen.
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 25. Okt 2014 23:03    Titel: Antworten mit Zitat

Eine vorsichtige Anmerkung vielleicht noch, weil mehrfach von Elektronen die Rede war: Diese besitzen eine negative Ladung und bewegen sich damit entgegengesetzt zur Richtung des Stroms. (Diese scheinbar unrunde Festlegung hat geschichtliche Gründe und die Versuche einer nachträglichen "Verbesserung" sind mit Vorsicht zu genießen.)

Und noch ein (weihnachtlicher) Anlauf, mit bezug auf die schon erwähnte Größe des Massestroms: Für eine Maschine zur Herstellung von Schokoladentafeln sei die gleichmäßige Zufuhr von Haselnüssen wichtig. Eine Nuß bringt ohne Schale meinetwegen 10 g, gebraucht werden 100 Nüsse pro Sekunde. Wieviel Säcke von 100 kg werden pro Stunde gebraucht?
Der Massestrom

Auch hier haben, an und für sich, Sekunden nix mit Nüssen zu tun.
Ansonsten: Mahlzeit! :-)
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 26. Okt 2014 11:09    Titel: Re: Coulomb Einheit Antworten mit Zitat

BissleBlöd hat Folgendes geschrieben:
Wenn ich nun ein Elektron habe, wie kann da die Zeit drinstecken?

Vernünftige Frage!

GvC hat Folgendes geschrieben:
Ich weise noch einmal auf die Definition des Stromes hin: I=Q/t. Daraus folgt, dass Q=I*t. Die Einheit des Stromes ist A (Ampere), die der Zeit ist s (Sekunde). Beide multipliziert ergibt As, wofür man einen neuen Namen erfunden hat, nämlich C (Coulomb).

Auch richtig, aber hier nicht wirklich hilfreich, da nur gültig einem speziellen Einheitensystem, dem SI-System, das aber nicht alleingültig ist!

Die Frage ist doch, welche Größe man als fundamental ansetzt, Ampere oder Coulomb. Entweder betrachtet man Strom und damit Stromstärke als primär und versteht Ladung als (zeitlich) integrierte Größe. Oder man betrachtet Ladung als primär und versteht Strom als zeitliche Änderung der Ladung.

Es gibt m.E. keinen prinzipiellen Grund, warum man Strom statt Ladung als primär auffassen sollte, das SI-System wurde historisch so gewählt. Und im Falle eines einzelnen statischen Elektrons ist die Ladung das primäre; sie ist nämlich da, auch wenn kein Strom fließt.

In cgs-Einheitensystem (Gauß, Heaviside), d.h. insbs. in der theoretischen Physik, würden viele Physiker der Ladung als fundamentaler Größe (definiert durch die Elementarladung) den Vorzug geben. Es ist ja nicht einzusehen, wieso man die Ladung mittels Strom indirekt definieren sollte, obwohl man eine fundamentale Naturkosntante, die Elementarladung, zur Verfügung hat, jedoch keine entsprechende fundamentale Konstante für die Stromstärke.

So wie ich die zukünftige Entwicklung des SI-Einheitensystems verstehe, möchte man genau darauf hinaus, d.h. Coulomb wird fundamental, Ampere abgeleitet!

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 26. Okt 2014 12:17    Titel: Antworten mit Zitat

Ich hab' nochmal etwas nachgelesen:

Wikipedia hat Folgendes geschrieben:
Gaußsche Einheitensystem ... ist ein physikalisches Einheitensystem, das auf dem CGS-System aufbaut und dieses um elektromagnetische Einheiten ergänzt. Das Gaußsche Einheitensystem nimmt das Coulombsche Kraftgesetz als Ausgangspunkt für die Definition elektromagnetischer Größen und nicht, wie das SI-System, das ampèresche Kraftgesetz für zwei parallele stromdurchflossene Leiter ...


Wikipedia hat Folgendes geschrieben:
In der Physik sind verschiedene Einheitensysteme für elektrische und magnetische Größen entwickelt worden. Ganz überwiegend hat sich zwar das SI durchgesetzt; zumindest in der theoretischen Physik wird jedoch von einigen Autoren die Gaußsche Variante des CGS-Systems bevorzugt.

Nicht nur die konkrete Auswahl, sondern auch die Anzahl der Basisgrößen in einem physikalischen Einheitensystem ist willkürlich: Man kann Basisgrößen aus einem Einheitensystem eliminieren, indem man stattdessen den Proportionalitätsfaktor in einem linearen „Naturgesetz“ als dimensionslose Zahl wählt.


Wikipedia hat Folgendes geschrieben:
Aktuelle Definition

Seit 1948 wird das Ampere wie folgt über die Lorentzkraft zweier Leiter aufeinander definiert:

1 A ist die Stärke des zeitlich konstanten elektrischen Stromes, der im Vakuum zwischen zwei parallelen, unendlich langen, geraden Leitern mit vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt und dem Abstand von 1 m zwischen diesen Leitern eine Kraft von 2·10^-7 Newton pro Meter Leiterlänge hervorrufen würde.

Vorschläge zur zukünftigen Definition

Im Oktober 2005 beschloss das Internationale Komitee für Maß und Gewicht (CIPM) die Vorbereitungen für eine Neudefinition der Einheiten Kilogramm, Ampere, Kelvin und Mol zu treffen, basierend auf Naturkonstanten, um diese auf der nächsten Generalkonferenz im Jahr 2011 beschließen zu können. Daraufhin wurde im Jahr 2006 ein Vorschlag zur Umsetzung veröffentlicht. Gemäß diesem Vorschlag wäre das Ampere definiert durch den Fluss einer bestimmten Menge von Partikeln mit der Elementarladung pro Zeit.

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.


Zuletzt bearbeitet von TomS am 26. Okt 2014 12:24, insgesamt 2-mal bearbeitet
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11573

Beitrag franz Verfasst am: 26. Okt 2014 12:18    Titel: Re: Coulomb Einheit Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Es gibt m.E. keinen prinzipiellen Grund, warum man Strom statt Ladung als primär auffassen sollte, das SI-System wurde historisch so gewählt. [...] So wie ich die zukünftige Entwicklung des SI-Einheitensystems verstehe, möchte man genau darauf hinaus, d.h. Coulomb wird fundamental, Ampere abgeleitet!

Die Wahl der Grundeinheiten hat sicher, wie Du schreibst, historische Gründe: Was kann man am einfachsten, billigsten, genauesten und leicht reproduzierbar messen? Das Urmeter ist schon verabschiedet, am Kilogramm wird gebusselt und mit dem Zählen von Elektronen geht es eventuell weiter.
Spannende Sache! :-)
BissleBlöd
Gast





Beitrag BissleBlöd Verfasst am: 26. Okt 2014 15:37    Titel: Antworten mit Zitat

GvC hat Folgendes geschrieben:


Die Einheit dieser Größe ist nach unserer Definition A*s und stellt eine Masse dar, denn A*s = (kg/s)*s = kg.

Ah das heißt der Zeitfaktor multipliziert sich raus.
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