Frage von Usedefault, 79

Was bedeutet Joule pro Coulomb?

Hallo!

Wenn von einem elektronenarmen Metallstück zu einem elektronenreichen Metallstück eine Spannung U von 1V besteht, so bedeutet das, 1C hat 1J.

Was bedeutet das in der Praxis? Hat jedes Coulomb dann 1J?

Lg

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Halswirbelstrom, 52

Wenn Elektronen, deren Ladungsmenge Q = 1C = 1As beträgt von einem elektrisch neutralen metallischen Körper auf einen anderen elektrisch neutralen metallischen Körper verschoben werden, so herrscht danach Elektronenmangel auf dem einen und ein ebenso großer Elektronenüberschuss auf dem anderen Körper. Wenn nach dem Transport
dieser Ladungsmenge Q = 1C die Spannung zwischen beiden Körpern 

U = 1V

beträgt, so wurde zum Verschieben dieser Ladungsmenge die Arbeit

W = 1J = 1Ws  verrichtet.

Gruß, H.

Kommentar von Usedefault ,

Und spielt dann nicht die räumliche Anordnung eine Rolle?

Kommentar von Halswirbelstrom ,

Die Ladungstrennung erfordert eine Kraft, die längs eines Weges wirkt. Dabei wird Arbeit verrichtet, die im elektrischen Feld zwischen den geladenen Körpern gespeichert wird. Wenn dabei die gleiche Spannung entsteht, ist aber das Verhältnis von aufgewendeter Verschiebungsarbeit Arbeit W und verschobener Ladung Q, also W/Q  konstant. Der Vergleich mit der Definitionsgleichung:

U = W/Q.

Das heißt: 

U ~ W   für  Q = konst.  und

U ~ 1/Q  für  W = konst.

U = konst. ,  wenn  W/Q = konst.

Der Ausdruck 1J pro 1C (1J/1C) steht für eine Ladungstrennung, bei der die Potenzialdifferenz U =1 V entsteht.  

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 38

Diese Spannung ist eine Potentialdifferenz und entspricht der Potentialdifferenz g·h im Schwerefeld der Erde, die man in Joule pro Kilogramm angibt.

Um einen Körper der Masse m um h anzuheben, muss man die Arbeit m·g·h an ihm verrichten. Umgekehrt wird diese Energie frei und kann zum Beispiel eine mechanische Maschine antreiben, wenn die Masse stattdessen herunterfällt, -rollt oder -fließt (Stichwort Wasserrad).

Und so muss man an einer Ladung q eine Arbeit q·U verrichten. Ein negatives Vorzeichen bedeutet, dass stattdessen diese Energie frei wird und damit ggf. ein elektrisches Gerät betreiben kann.

Kommentar von Usedefault ,

Ich glaube jetzt versteh ich es endlich! 

Um eine Ladungsmenge C so zu verschieben, dass sie 1V hat, braucht man 1J.

Würde man dann (1/C) J brauchen, um 1 Elektron so zu verschieben, dass es 1V hat?

Kommentar von SlowPhil ,

Nein, die Ladung des Elektrons ist ja nicht der Kehrwert, sondern ein gewisser Bruchteil eines Coulombs, nämlich

|q_[Elektron]| = e ≈ 1,6×10⁻¹⁹C,

im Falle des Elektrons mit negativem Vorzeichen. In einer Spannung von 1V erhält es

1eV ≈ 1,6×10⁻¹⁹J

an Energie.

Kommentar von Usedefault ,

Besteht zwischen einem neutralen und einem negativen Metallstück auch eine Spannung? Ja, oder?

Wie berechnet man an 2 unterschiedlichen Metallstücken die Spannung, ohne ein Voltmeter zu benutzen?

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