Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Was ist ein Coulomb?
- Millikans Oil Drop Experiment
- Die Anzahl der Elektronen pro Sekunde in Ampere
- Umwandlung von Ampere in Elektronen pro Sekunde
Physiker führen Elektrizität auf die Bewegung von Elektronen zurück, jenen winzigen, elektrisch negativen Teilchen, die jedes Atom umgeben. Die Einheit des elektrischen Stroms ist das Ampere, benannt nach dem französischen Physiker André-Marie Ampère aus dem 19. Jahrhundert. Per Definition entspricht ein Ampere einem Coulomb pro Sekunde. Um die Anzahl der Elektronen in einem Ampere zu berechnen, müssen Sie daher die Ladung eines einzelnen Elektrons in Coulomb kennen. Das ergibt 1,602 × 10-19 Coulombs. Das sind alle Informationen, die Sie benötigen, um Ampere in Elektronen pro Sekunde umzuwandeln.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Bei einem Ampere Strom 6,242 × 1018 Elektronen fließen jede Sekunde. Multiplizieren Sie die Stromstärke mit dieser Zahl, um die Anzahl der im Stromkreis pro Sekunde fließenden Elektronen zu ermitteln.
Was ist ein Coulomb?
Die Coulomb ist die Einheit der statischen Aufladung im MKS-Messsystem (Meter, Kilogramm, Sekunde). Es wurde nach einem anderen französischen Physiker, Charles Augustin de Coulomb, benannt, der den größten Teil seiner Arbeit im 18. Jahrhundert verrichtete. Die Definition des Coulombs basiert auf dem Statcoulomb, einer Ladungseinheit im CGS-System (Zentimeter, Gramm, Sekunden). Dies wurde ursprünglich als die Ladung definiert, die zwei gleich geladene Teilchen benötigen, die um 1 cm voneinander getrennt sind, um sich mit einer Kraft von 1 Dyn abzustoßen. Sie können Coulombs aus Statcoulombs ableiten, aber heutige Wissenschaftler definieren Coulombs normalerweise in Ampere, nicht umgekehrt. Die Definition von 1 Coulomb ist die Ladungsmenge, die in einer Sekunde von einem Strom von 1 Ampere getragen wird. Wissenschaftler kennen jedoch zufällig die Ladung eines einzelnen Elektrons, dank eines berühmten Experiments, das im frühen 20. Jahrhundert durchgeführt wurde.
Millikans Oil Drop Experiment
Der amerikanische Physiker Robert Millikan führte 1909 das Öltropfenexperiment durch, das ihm den Nobelpreis einbrachte. Er legte einen geladenen Tropfen Öl zwischen zwei elektrisch geladene Platten und regulierte die Spannung, bis der Tropfen in der Luft schwebte. Da er die Schwerkraft auf den Tropfen und die Kraft des elektrischen Feldes berechnen konnte, konnte er die Ladung auf dem Tropfen bestimmen. Er führte das Experiment mit einer Vielzahl von Ladungen auf dem Tropfen durch und stellte fest, dass sich die Ladung immer um ein Vielfaches einer bestimmten Zahl änderte, was er als die Ladung auf einem einzelnen Elektron ansah. Es stellte sich heraus, dass es 1,602 × 10 war-19 Coulombs.
Die Anzahl der Elektronen pro Sekunde in Ampere
Ein Elektron hat eine Ladung von 1,602 × 10-19 Coulomb, so dass Sie die Anzahl der Elektronen in 1 Coulomb der Ladung finden können, indem Sie die Umkehrung dieser Zahl nehmen. Beim Rechnen finden Sie:
1 Coulomb = 6,242 × 1018 Elektronen
1 Ampere entspricht 1 Coulomb pro Sekunde, was bedeutet:
1 Ampere = 6,242 × 1018 Elektronen pro Sekunde
Umwandlung von Ampere in Elektronen pro Sekunde
Die oben abgeleitete Beziehung bildet einen Umrechnungsfaktor. Um von Ampere in Elektronen pro Sekunde umzurechnen, multiplizieren Sie diesen Umrechnungsfaktor mit der Stromstärke in Ampere. Zum Beispiel bei einem Strom von 15 Ampere, 15 × (6,242 × 1018) = 9.363 × 1019 Elektronen fließen pro Sekunde. Bei einem Strom von 7 mA (0,007 Ampere) 4,369 × 1016 Elektronen fließen pro Sekunde.