Coulomb (C)
Das Coulomb (Einheitenzeichen: C) ist die SI-Einheit der elektrischen Ladung und benannt nach dem französischen Physiker Charles-Augustin de Coulomb. Sie beschreibt die Menge an elektrischer Ladung und ist grundlegend für das Verständnis des Stromflusses sowie elektrostatischer Wechselwirkungen in elektrischen und elektronischen Systemen.
Elementarladung und SI-Definition
Das Coulomb ist über die Elementarladung (e) definiert:
1 Coulomb = 6,242 × 10¹⁸ Elementarladungen
Die Elementarladung beträgt e ≈ 1,602 × 10⁻¹⁹ C
Diese Definition ermöglicht präzise Modelle des elektrischen Verhaltens sowohl im makroskopischen als auch im subatomaren Bereich.
Coulombsches Gesetz
Das Coulombsche Gesetz beschreibt die elektrostatische Kraft (F) zwischen zwei Punktladungen:
F = k × (Q₁ × Q₂) / r²
Dabei gilt:
F = Elektrostatische Kraft (in Newton, N)
k = Coulomb-Konstante ≈ 8,99 × 10⁹ N·m²/C²
Q₁, Q₂ = Elektrische Ladungen (in Coulomb, C)
r = Abstand zwischen den Ladungen (in Meter, m)
Dieses Gesetz ist grundlegend für die Analyse von Kondensatoren, elektrischen Feldern und Teilchenladungen.
Zusammenhang mit elektrischem Strom
Elektrische Ladung und Stromstärke sind über folgende Gleichung verknüpft:
I = Q / t
Dabei ist:
I = Elektrischer Strom (in Ampere, A)
Q = Elektrische Ladung (in Coulomb, C)
t = Zeit (in Sekunden, s)
Diese Beziehung wird genutzt, um zu berechnen, wie viel Ladung sich in einem Leiter über einen bestimmten Zeitraum bewegt.
Beispiel: Ladungsberechnung
Ein Strom von 2 Ampere fließt 10 Sekunden lang. Die übertragene Ladung beträgt:
Q = I × t = 2 A × 10 s = 20 C
Solche Berechnungen sind relevant in der Schaltungsentwicklung, bei Energiespeichersystemen und im Batteriemanagement.
Anwendungsbereiche
Die Einheit Coulomb findet Anwendung in verschiedenen wissenschaftlichen und technischen Disziplinen:
Elektrotechnik: Schaltungsdesign, Ladungsspeicherung, Isolationsverhalten
Elektronik: Halbleiterverhalten, Signalübertragung, Datenintegrität
Elektrochemie: Batteriereaktionen, Galvanik, Faradaysche Gesetze
Teilchenphysik: Messung von Teilchenladungen
Medizintechnik: EKG/EEG, Bioelektrische Diagnostik
Telekommunikation: Leitungsladung, Signalübertragung
Materialwissenschaft: ESD-Schutz, elektrische Materialeigenschaften