Umrechner für Elektrische Ladung
Elektrische Ladung — Von Elektronen zu Batterien
Meistern Sie die Einheiten der elektrischen Ladung in Physik, Chemie und Elektronik. Von Coulomb bis zur Batteriekapazität, die sich über 40 Größenordnungen erstreckt – von einzelnen Elektronen bis zu industriellen Batteriebanken. Erforschen Sie die SI-Neudefinition von 2019, die die Elementarladung exakt machte, und verstehen Sie, was Batterieangaben wirklich bedeuten.
Grundlagen der elektrischen Ladung
Was ist Ladung?
Elektrische Ladung ist die physikalische Eigenschaft, die bewirkt, dass Teilchen elektromagnetische Kraft erfahren. Sie kommt in positiver und negativer Form vor. Gleichartige Ladungen stoßen sich ab, entgegengesetzte ziehen sich an. Fundamental für die gesamte Chemie und Elektronik.
- 1 Coulomb = 6.24×10¹⁸ Elektronen
- Proton: +1e, Elektron: -1e
- Ladung ist erhalten (wird nie erzeugt/zerstört)
- Quantisiert in Vielfachen von e = 1.602×10⁻¹⁹ C
Strom vs. Ladung
Strom (I) ist die Flussrate der Ladung. Q = I × t. 1 Ampere = 1 Coulomb pro Sekunde. Batteriekapazität in Ah ist Ladung, nicht Strom. 1 Ah = 3600 C.
- Strom = Ladung pro Zeit (I = Q/t)
- 1 A = 1 C/s (Definition)
- 1 Ah = 3600 C (1 Ampere für 1 Stunde)
- mAh ist Ladungskapazität, nicht Leistung
Batteriekapazität
Batterien speichern Ladung. Bewertet in Ah oder mAh (Ladung) oder Wh (Energie). Wh = Ah × Spannung. Handy-Akku: 3000 mAh @ 3.7V ≈ 11 Wh. Spannung ist für Energie wichtig, nicht für Ladung.
- mAh = Milliamperestunde (Ladung)
- Wh = Wattstunde (Energie = Ladung × Spannung)
- Höhere mAh = längere Laufzeit (gleiche Spannung)
- 3000 mAh ≈ 10.800 Coulomb
- 1 Coulomb = Ladung von 6.24×10¹⁸ Elektronen
- Strom (A) = Ladung (C) pro Sekunde: I = Q/t
- 1 Ah = 3600 C (1 Ampere fließt für 1 Stunde)
- Ladung ist erhalten und in Vielfachen von e quantisiert
Historische Entwicklung der Ladungsmessung
Frühe Elektrizitätslehre (1600-1830)
Bevor die Ladung quantitativ verstanden wurde, erforschten Wissenschaftler die statische Elektrizität und das geheimnisvolle 'elektrische Fluidum'. Die Erfindung von Batterien ermöglichte die präzise Messung eines kontinuierlichen Ladungsflusses.
- 1600: William Gilbert unterscheidet Elektrizität von Magnetismus und prägt den Begriff 'elektrisch'
- 1733: Charles du Fay entdeckt zwei Arten von Elektrizität (positiv und negativ)
- 1745: Die Leidener Flasche wird erfunden – der erste Kondensator, der messbare Ladung speichert
- 1785: Coulomb veröffentlicht das umgekehrte quadratische Gesetz F = k(q₁q₂/r²) für die elektrische Kraft
- 1800: Volta erfindet die Batterie – ermöglicht einen kontinuierlichen, messbaren Ladungsfluss
- 1833: Faraday entdeckt die Elektrolysegesetze – verbindet Ladung mit Chemie (Faraday-Konstante)
Entwicklung des Coulomb (1881-2019)
Das Coulomb entwickelte sich von praktischen Definitionen, die auf elektrochemischen Standards basierten, zur modernen Definition, die an das Ampere und die Sekunde gekoppelt ist.
- 1881: Erstes praktisches Coulomb über einen Standard für die Silber-Galvanisierung definiert
- 1893: Die Weltausstellung in Chicago standardisiert das Coulomb für den internationalen Gebrauch
- 1948: CGPM definiert das Coulomb als 1 Amperesekunde (1 C = 1 A·s)
- 1960-2018: Das Ampere wurde durch die Kraft zwischen parallelen Leitern definiert, was das Coulomb indirekt machte
- Problem: Die kraftbasierte Definition des Ampere war schwer mit hoher Präzision zu realisieren
- 1990er-2010er: Die Quantenmetrologie (Josephson-Effekt, Quanten-Hall-Effekt) ermöglicht das Zählen von Elektronen
SI-Revolution 2019 — Elementarladung festgelegt
Am 20. Mai 2019 wurde die Elementarladung exakt festgelegt, was das Ampere neu definierte und das Coulomb aus fundamentalen Konstanten reproduzierbar machte.
- Neue Definition: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exakt (null Unsicherheit per Definition)
- Die Elementarladung ist jetzt eine definierte Konstante, kein gemessener Wert
- 1 Coulomb = 6.241509074 × 10¹⁸ Elementarladungen (exakt)
- Einzel-Elektronen-Tunnelgeräte können Elektronen einzeln zählen für präzise Ladungsstandards
- Quantenmetrologie-Dreieck: Spannung (Josephson), Widerstand (Quanten-Hall), Strom (Elektronenpumpe)
- Ergebnis: Jedes Labor mit Quantenausrüstung kann das Coulomb unabhängig realisieren
Warum das heute wichtig ist
Die Neudefinition von 2019 repräsentiert über 135 Jahre Fortschritt von elektrochemischen Standards zu Quantenpräzision und ermöglicht die nächste Generation von Elektronik und Energiespeicherung.
- Batterietechnologie: Genauere Kapazitätsmessungen für Elektrofahrzeuge, Netzspeicher
- Quantencomputing: Präzise Ladungssteuerung in Qubits und Einzel-Elektronen-Transistoren
- Metrologie: Nationale Labore können das Coulomb unabhängig ohne Referenzartefakte realisieren
- Chemie: Die Faraday-Konstante ist jetzt exakt und verbessert elektrochemische Berechnungen
- Unterhaltungselektronik: Bessere Standards für Batteriekapazitätsangaben und Schnellladeprotokolle
Gedächtnisstützen & schnelle Umrechnungstricks
Einfache Kopfrechnung
- mAh zu C Abkürzung: Mit 3,6 multiplizieren → 1000 mAh = 3600 C exakt
- Ah zu C: Mit 3600 multiplizieren → 1 Ah = 3600 C (1 Ampere für 1 Stunde)
- Schnell mAh zu Wh (3.7V): Durch ~270 teilen → 3000 mAh ≈ 11 Wh
- Wh zu mAh (3.7V): Mit ~270 multiplizieren → 11 Wh ≈ 2970 mAh
- Elementarladung: e ≈ 1.6 × 10⁻¹⁹ C (gerundet von 1.602)
- Faraday-Konstante: F ≈ 96.500 C/mol (gerundet von 96.485)
Gedächtnisstützen zur Batteriekapazität
Das Verständnis von Batterieangaben verhindert Verwirrung zwischen Ladung (mAh), Spannung (V) und Energie (Wh). Diese Regeln sparen Zeit und Geld.
- mAh misst LADUNG, nicht Leistung oder Energie — es ist, wie viele Elektronen Sie bewegen können
- Um Energie zu erhalten: Wh = mAh × V ÷ 1000 (Spannung ist entscheidend!)
- Gleiche mAh bei unterschiedlichen Spannungen = unterschiedliche Energie (12V 1000mAh ≠ 3.7V 1000mAh)
- Powerbanks: Erwarten Sie 70-80% nutzbare Kapazität (Spannungsumwandlungsverluste)
- Laufzeit = Kapazität ÷ Strom: 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 Stunden (ideal, 20% Marge hinzufügen)
- Li-Ion typisch: 3.7V nominal, 4.2V voll, 3.0V leer (nutzbarer Bereich ~80%)
Praktische Formeln
- Ladung aus Strom: Q = I × t (Coulomb = Ampere × Sekunden)
- Laufzeit: t = Q / I (Stunden = Amperestunden / Ampere)
- Energie aus Ladung: E = Q × V (Wattstunden = Amperestunden × Volt)
- Effizienz angepasst: Nutzbar = Nennwert × 0.8 (Verluste berücksichtigen)
- Elektrolyse: Q = n × F (Coulomb = Mol Elektronen × Faraday-Konstante)
- Kondensatorenergie: E = ½CV² (Joule = ½ Farad × Volt²)
Häufige Fehler, die man vermeiden sollte
- Verwechslung von mAh mit mWh — Ladung vs. Energie (Spannung zur Umrechnung nötig!)
- Ignorieren der Spannung beim Vergleich von Batterien — Wh für den Energievergleich verwenden
- Erwartung von 100% Powerbank-Effizienz — 20-30% gehen durch Wärme und Spannungsumwandlung verloren
- Verwechslung von C (Coulomb) mit C (Entladerate) — völlig unterschiedliche Bedeutungen!
- Annahme, dass mAh = Laufzeit — man muss den Stromverbrauch kennen (Laufzeit = mAh ÷ mA)
- Tiefentladung von Li-Ionen unter 20% — verkürzt die Lebensdauer, Nennkapazität ≠ nutzbare Kapazität
Ladungsskala: Von einzelnen Elektronen bis zur Netzspeicherung
| Skala / Ladung | Repräsentative Einheiten | Häufige Anwendungen | Beispiele aus der realen Welt |
|---|---|---|---|
| 1.602 × 10⁻¹⁹ C | Elementarladung (e) | Einzelnes Elektron/Proton, Quantenphysik | Fundamentales Ladungsquantum |
| ~10⁻¹⁸ C | Attocoulomb (aC) | Quantensysteme mit wenigen Elektronen, Einzelelektronentunneln | ≈ 6 Elektronen |
| ~10⁻¹² C | Picocoulomb (pC) | Präzisionssensoren, Quantenpunkte, Messungen von extrem niedrigem Strom | ≈ 6 Millionen Elektronen |
| ~10⁻⁹ C | Nanocoulomb (nC) | Kleine Sensorsignale, Präzisionselektronik | ≈ 6 Milliarden Elektronen |
| ~10⁻⁶ C | Mikrocoulomb (µC) | Statische Elektrizität, kleine Kondensatoren | Statischer Schlag, den Sie spüren können (~1 µC) |
| ~10⁻³ C | Millicoulomb (mC) | Kamerablitz-Kondensatoren, kleine Laborexperimente | Entladung eines Blitzkondensators |
| 1 C | Coulomb (C) | SI-Basiseinheit, moderate elektrische Ereignisse | ≈ 6.24 × 10¹⁸ Elektronen |
| ~15 C | Coulomb (C) | Blitzeinschläge, große Kondensatorbänke | Typischer Blitz |
| ~10³ C | Kilocoulomb (kC) | Kleine Verbraucherbatterien, Smartphone-Ladung | 3000 mAh Handy-Akku ≈ 10.8 kC |
| ~10⁵ C | Hunderte von kC | Laptop-Akkus, Faraday-Konstante | 1 Faraday = 96.485 C (1 Mol e⁻) |
| ~10⁶ C | Megacoulomb (MC) | Autobatterien, große industrielle USV-Anlagen | 60 Ah Autobatterie ≈ 216 kC |
| ~10⁹ C | Gigacoulomb (GC) | Batterien für Elektrofahrzeuge, Netzspeicher | Tesla Model 3 Batterie ≈ 770 kC |
Einheitensysteme erklärt
SI-Einheiten — Coulomb
Das Coulomb (C) ist die SI-Basiseinheit für die Ladung. Definiert aus Ampere und Sekunde: 1 C = 1 A·s. Präfixe von Piko bis Kilo decken alle praktischen Bereiche ab.
- 1 C = 1 A·s (exakte Definition)
- mC, µC, nC für kleine Ladungen
- pC, fC, aC für Quanten-/Präzisionsarbeiten
- kC für große Industriesysteme
Batteriekapazitätseinheiten
Amperestunde (Ah) und Milliamperestunde (mAh) sind Standard für Batterien. Praktisch, da sie sich direkt auf den Stromverbrauch und die Laufzeit beziehen. 1 Ah = 3600 C.
- mAh — Smartphones, Tablets, Ohrhörer
- Ah — Laptops, Elektrowerkzeuge, Autobatterien
- kAh — Elektrofahrzeuge, industrielle USVs
- Wh — Energiekapazität (spannungsabhängig)
Wissenschaftlich & historisch
Die Elementarladung (e) ist eine fundamentale Einheit in der Physik. Die Faraday-Konstante in der Chemie. CGS-Einheiten (Statcoulomb, Abcoulomb) in alten Lehrbüchern.
- e = 1.602×10⁻¹⁹ C (Elementarladung)
- F = 96.485 C (Faraday-Konstante)
- 1 statC ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C (ESU)
- 1 abC = 10 C (EMU)
Die Physik der Ladung
Ladungsquantisierung
Alle Ladungen sind in Vielfachen der Elementarladung e quantisiert. Man kann keine 1,5 Elektronen haben. Quarks haben gebrochene Ladungen (⅓e, ⅔e), existieren aber nie allein.
- Kleinste freie Ladung: 1e = 1.602×10⁻¹⁹ C
- Elektron: -1e, Proton: +1e
- Alle Objekte haben eine N×e Ladung (ganzzahliges N)
- Millikans Öltröpfchenversuch bewies die Quantisierung (1909)
Faraday-Konstante
1 Mol Elektronen trägt 96.485 C Ladung. Dies wird als Faraday-Konstante (F) bezeichnet. Fundamental für die Elektrochemie und Batterietechnologie.
- F = 96,485.33212 C/mol (CODATA 2018)
- 1 Mol e⁻ = 6.022×10²³ Elektronen
- Wird in Elektrolyseberechnungen verwendet
- Bezieht Ladung auf chemische Reaktionen
Coulombsches Gesetz
Kraft zwischen Ladungen: F = k(q₁q₂/r²). Gleichartige Ladungen stoßen sich ab, entgegengesetzte ziehen sich an. Fundamentale Naturkraft. Erklärt die gesamte Chemie und Elektronik.
- k = 8.99×10⁹ N·m²/C²
- F ∝ q₁q₂ (Produkt der Ladungen)
- F ∝ 1/r² (umgekehrtes quadratisches Gesetz)
- Erklärt die Atomstruktur, Bindungen
Ladungs-Benchmarks
| Kontext | Ladung | Anmerkungen |
|---|---|---|
| Einzelnes Elektron | 1.602×10⁻¹⁹ C | Elementarladung (e) |
| 1 Picocoulomb | 10⁻¹² C | ≈ 6 Millionen Elektronen |
| 1 Nanocoulomb | 10⁻⁹ C | ≈ 6 Milliarden Elektronen |
| Statischer Schlag | ~1 µC | Genug, um es zu spüren |
| AAA-Batterie (600 mAh) | 2.160 C | @ 1.5V = 0.9 Wh |
| Smartphone-Akku | ~11.000 C | 3000 mAh typisch |
| Autobatterie (60 Ah) | 216.000 C | @ 12V = 720 Wh |
| Blitz | ~15 C | Aber 1 Milliarde Volt! |
| Tesla-Batterie (214 Ah) | 770.400 C | @ 350V = 75 kWh |
| 1 Faraday (1 Mol e⁻) | 96.485 C | Chemiestandard |
Vergleich der Batteriekapazität
| Gerät | Kapazität (mAh) | Spannung | Energie (Wh) |
|---|---|---|---|
| AirPods (einzeln) | 93 mAh | 3.7V | 0.34 Wh |
| Apple Watch | 300 mAh | 3.85V | 1.2 Wh |
| iPhone 15 | 3.349 mAh | 3.85V | 12.9 Wh |
| iPad Pro 12.9" | 10.758 mAh | 3.77V | 40.6 Wh |
| MacBook Pro 16" | 25.641 mAh | ~3.9V | 100 Wh |
| Powerbank 20K | 20.000 mAh | 3.7V | 74 Wh |
| Tesla Model 3 LR | 214.000 Ah | 350V | 75.000 Wh |
Anwendungen in der realen Welt
Unterhaltungselektronik
Jedes batteriebetriebene Gerät hat eine Kapazitätsangabe. Smartphones: 2500-5000 mAh. Laptops: 40-100 Wh. Powerbanks: 10.000-30.000 mAh.
- iPhone 15: ~3.349 mAh @ 3.85V ≈ 13 Wh
- MacBook Pro: ~100 Wh (Flugliniengrenze)
- AirPods: ~500 mAh (kombiniert)
- Powerbank: 20.000 mAh @ 3.7V ≈ 74 Wh
Elektrofahrzeuge
EV-Batterien werden in kWh (Energie) bewertet, aber die Kapazität ist kAh bei der Batteriespannung. Tesla Model 3: 75 kWh @ 350V = 214 Ah. Riesig im Vergleich zu Handys!
- Tesla Model 3: 75 kWh (214 Ah @ 350V)
- Nissan Leaf: 40 kWh (114 Ah @ 350V)
- EV-Ladung: 50-350 kW DC schnell
- Heimladung: ~7 kW (32A @ 220V)
Industrie & Labor
Galvanisieren, Elektrolyse, Kondensatorbänke, USV-Anlagen beinhalten alle große Ladungstransfers. Industrielle USV: 100+ kAh Kapazität. Superkondensatoren: Farad (C/V).
- Galvanisieren: 10-1000 Ah Prozesse
- Industrielle USV: 100+ kAh Backup
- Superkondensator: 3000 F = 3000 C/V
- Blitz: ~15 C typisch
Schnelle Umrechnungsmathematik
mAh ↔ Coulomb
Multiplizieren Sie mAh mit 3,6, um Coulomb zu erhalten. 1000 mAh = 3600 C.
- 1 mAh = 3,6 C (exakt)
- 1 Ah = 3600 C
- Schnell: mAh × 3,6 → C
- Beispiel: 3000 mAh = 10.800 C
mAh ↔ Wh (bei 3.7V)
Teilen Sie mAh durch ~270 für Wh bei einer 3.7V Li-Ionen-Spannung.
- Wh = mAh × V ÷ 1000
- Bei 3.7V: Wh ≈ mAh ÷ 270
- 3000 mAh @ 3.7V = 11.1 Wh
- Spannung ist für Energie wichtig!
Laufzeitschätzung
Laufzeit (h) = Batterie (mAh) ÷ Strom (mA). 3000 mAh bei 300 mA = 10 Stunden.
- Laufzeit = Kapazität ÷ Strom
- 3000 mAh ÷ 300 mA = 10 h
- Höherer Strom = kürzere Laufzeit
- Effizienzverluste: erwarten Sie 80-90%
Wie Umrechnungen funktionieren
- Schritt 1: Konvertieren Sie die Quelle → Coulomb mit dem toBase-Faktor
- Schritt 2: Konvertieren Sie Coulomb → Ziel mit dem toBase-Faktor des Ziels
- Alternative: Verwenden Sie einen direkten Faktor (mAh → Ah: durch 1000 teilen)
- Plausibilitätsprüfung: 1 Ah = 3600 C, 1 mAh = 3,6 C
- Für Energie: Wh = Ah × Spannung (spannungsabhängig!)
Häufige Umrechnungsreferenz
| Von | Nach | Multiplizieren mit | Beispiel |
|---|---|---|---|
| C | mAh | 0.2778 | 3600 C = 1000 mAh |
| mAh | C | 3.6 | 1000 mAh = 3600 C |
| Ah | C | 3600 | 1 Ah = 3600 C |
| C | Ah | 0.0002778 | 3600 C = 1 Ah |
| mAh | Ah | 0.001 | 3000 mAh = 3 Ah |
| Ah | mAh | 1000 | 2 Ah = 2000 mAh |
| mAh | Wh (3.7V) | 0.0037 | 3000 mAh ≈ 11.1 Wh |
| Wh (3.7V) | mAh | 270.27 | 11 Wh ≈ 2973 mAh |
| C | Elektronen | 6.242×10¹⁸ | 1 C ≈ 6.24×10¹⁸ e |
| Elektronen | C | 1.602×10⁻¹⁹ | 1 e = 1.602×10⁻¹⁹ C |
Schnelle Beispiele
Durchgerechnete Probleme
Laufzeit eines Handy-Akkus
3500 mAh Akku. App verbraucht 350 mA. Wie lange bis er leer ist?
Laufzeit = Kapazität ÷ Strom = 3500 ÷ 350 = 10 Stunden (ideal). Real: ~8-9h (Effizienzverluste).
Ladungen mit einer Powerbank
20.000 mAh Powerbank. Lade ein 3.000 mAh Handy. Wie viele volle Ladungen?
Berücksichtigen Sie die Effizienz (~80%): 20.000 × 0.8 = 16.000 effektiv. 16.000 ÷ 3.000 = 5,3 Ladungen.
Elektrolyse-Problem
Abscheiden von 1 Mol Kupfer (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu). Wie viele Coulomb?
2 Mol e⁻ pro Mol Cu. 2 × F = 2 × 96.485 = 192.970 C ≈ 53,6 Ah.
Häufige Fehler, die man vermeiden sollte
- **mAh ist KEINE Leistung**: mAh misst die Ladung, nicht die Leistung. Leistung = mAh × Spannung ÷ Zeit.
- **Wh benötigt Spannung**: Man kann mAh nicht in Wh umrechnen, ohne die Spannung zu kennen. 3,7V ist typisch für Li-Ionen.
- **Effizienzverluste**: Die reale Laufzeit beträgt 80-90% der berechneten. Wärme, Spannungsabfall, Innenwiderstand.
- **Spannung ist wichtig**: 3000 mAh bei 12V ≠ 3000 mAh bei 3,7V in Energie (36 Wh vs. 11 Wh).
- **Strom vs. Kapazität**: Ein 5000-mAh-Akku kann nicht 1 Stunde lang 5000 mA liefern – die maximale Entladerate begrenzt dies.
- **Keine Tiefentladung**: Li-Ionen-Akkus degradieren unter ~20%. Die Nennkapazität ist nicht die nutzbare Kapazität.
Faszinierende Fakten über Ladung
Sie sind elektrisch neutral
Ihr Körper hat ~10²⁸ Protonen und ebenso viele Elektronen. Wenn Sie 0,01% der Elektronen verlieren würden, würden Sie eine Abstoßung von 10⁹ Newton spüren – genug, um Gebäude zum Einsturz zu bringen!
Das Paradoxon des Blitzes
Ein Blitz: nur ~15 C Ladung, aber 1 Milliarde Volt! Energie = Q×V, also 15 C × 10⁹ V = 15 GJ. Das sind 4,2 MWh – könnte Ihr Haus monatelang mit Strom versorgen!
Van-de-Graaff-Generator
Eine klassische Wissenschaftsdemonstration erzeugt Ladungen von Millionen Volt. Gesamtladung? Nur ~10 µC. Schockierend, aber sicher – geringer Strom. Spannung ≠ Gefahr, Strom tötet.
Kondensator vs. Batterie
Autobatterie: 60 Ah = 216.000 C, gibt Energie über Stunden ab. Superkondensator: 3000 F = 3000 C/V, gibt Energie in Sekunden ab. Energiedichte vs. Leistungsdichte.
Millikans Öltröpfchenversuch
1909: Millikan maß die Elementarladung, indem er geladene Öltröpfchen fallen ließ. Er fand e = 1,592×10⁻¹⁹ C (modern: 1,602). Er gewann 1923 den Nobelpreis.
Quanten-Hall-Effekt
Die Quantisierung der Elektronenladung ist so präzise, dass sie zur Definition des Widerstandsstandards verwendet wird. Genauigkeit: 1 Teil in 10⁹. Fundamentale Konstanten definieren seit 2019 alle Einheiten.
Profi-Tipps
- **Schnell mAh zu C**: Mit 3,6 multiplizieren. 1000 mAh = 3600 C exakt.
- **Wh aus mAh**: Mit der Spannung multiplizieren, durch 1000 teilen. Bei 3,7V: Wh ≈ mAh ÷ 270.
- **Batterielaufzeit**: Kapazität (mAh) durch Stromaufnahme (mA) teilen. 20% Marge für Verluste hinzufügen.
- **Powerbank-Realität**: Erwarten Sie 70-80% nutzbare Kapazität aufgrund von Spannungsumwandlungsverlusten.
- **Batterien vergleichen**: Verwenden Sie Wh für den Energievergleich (berücksichtigt die Spannung). mAh ist bei unterschiedlichen Spannungen irreführend.
- **Ladungserhaltung**: Die Gesamtladung ändert sich nie. Wenn 1 C abfließt, fließt 1 C zurück (irgendwann).
- **Automatische wissenschaftliche Notation**: Werte < 1 µC oder > 1 GC werden zur besseren Lesbarkeit in wissenschaftlicher Notation angezeigt.
Vollständige Einheitenreferenz
SI-Einheiten
| Einheitenname | Symbol | Coulomb-Äquivalent | Anwendungshinweise |
|---|---|---|---|
| coulomb | C | 1 C (base) | SI-Basiseinheit; 1 C = 1 A·s = 6.24×10¹⁸ Elektronen. |
| kilocoulomb | kC | 1.000 kC | Große industrielle Ladungen; USV-Anlagen, Galvanisieren. |
| millicoulomb | mC | 1.0000 mC | Kleine Laborexperimente; Kondensatorentladung. |
| mikrocoulomb | µC | 1.0000 µC | Präzisionselektronik; statische Elektrizität (1 µC ≈ spürbarer Schlag). |
| nanocoulomb | nC | 1.000e-9 C | Kleine Sensorsignale; Präzisionsmessungen. |
| picocoulomb | pC | 1.000e-12 C | Präzisionsinstrumentierung; ≈ 6 Millionen Elektronen. |
| femtocoulomb | fC | 1.000e-15 C | Einzel-Elektronen-Transistoren; Quantenpunkte; Ultra-Präzision. |
| attocoulomb | aC | 1.000e-18 C | Quantensysteme mit wenigen Elektronen; ≈ 6 Elektronen. |
Akkukapazität
| Einheitenname | Symbol | Coulomb-Äquivalent | Anwendungshinweise |
|---|---|---|---|
| kiloamperestunde | kAh | 3.60e+0 C | Industrielle Batteriebanken; Laden von EV-Flotten; Netzspeicher. |
| amperestunde | Ah | 3.600 kC | Standard-Batterieeinheit; Autobatterien (60 Ah), Laptops (5 Ah). |
| milliamperestunde | mAh | 3.6000 C | Verbraucherstandard; Handys (3000 mAh), Tablets, Ohrhörer. |
| ampereminute | A·min | 60.0000 C | Kurzzeitige Entladung; selten verwendet. |
| amperesekunde | A·s | 1 C (base) | Gleich wie Coulomb (1 A·s = 1 C); theoretisch. |
| watt-hour (@ 3.7V Li-ion) | Wh | 972.9730 C | Amperestunden und verwandte Einheiten; Standard für Batterie- und Leistungsangaben. |
| milliwatt-hour (@ 3.7V Li-ion) | mWh | 972.9730 mC | Amperestunden und verwandte Einheiten; Standard für Batterie- und Leistungsangaben. |
Historisch & Wissenschaftlich
| Einheitenname | Symbol | Coulomb-Äquivalent | Anwendungshinweise |
|---|---|---|---|
| abcoulomb (EMU) | abC | 10.0000 C | CGS-EMU-Einheit = 10 C; veraltet, erscheint in alten EM-Texten. |
| statcoulomb (ESU) | statC | 3.336e-10 C | CGS-ESU-Einheit ≈ 3.34×10⁻¹⁰ C; veraltete elektrostatische Einheit. |
| faraday | F | 96.485 kC | 1 Mol Elektronen = 96.485 C; elektrochemischer Standard. |
| elementarladung | e | 1.602e-19 C | Fundamentale Einheit e = 1.602×10⁻¹⁹ C; Protonen-/Elektronenladung. |
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen mAh und Wh?
mAh misst die Ladung (wie viele Elektronen). Wh misst die Energie (Ladung × Spannung). Gleiche mAh bei unterschiedlichen Spannungen = unterschiedliche Energie. Verwenden Sie Wh, um Batterien über verschiedene Spannungen hinweg zu vergleichen. Wh = mAh × V ÷ 1000.
Warum kann ich die Nennkapazität meiner Batterie nicht nutzen?
Die Nennkapazität ist nicht die nutzbare Kapazität. Li-Ionen: entladen von 4,2V (voll) auf 3,0V (leer), aber ein Stopp bei 20% schont die Lebensdauer. Umwandlungsverluste, Wärme und Alterung reduzieren die effektive Kapazität. Erwarten Sie 80-90% des Nennwerts.
Wie oft kann eine Powerbank mein Handy aufladen?
Nicht einfach ein Kapazitätsverhältnis. Eine 20.000-mAh-Powerbank: ~70-80% effizient (Spannungsumwandlung, Wärme). Effektiv: 16.000 mAh. Für ein 3.000-mAh-Handy: 16.000 ÷ 3.000 ≈ 5 Ladungen. In der realen Welt: 4-5.
Was ist die Elementarladung und warum ist sie wichtig?
Die Elementarladung (e = 1.602×10⁻¹⁹ C) ist die Ladung eines Protons oder Elektrons. Alle Ladungen sind in Vielfachen von e quantisiert. Fundamental für die Quantenmechanik, definiert die Feinstrukturkonstante. Seit 2019 ist e per Definition exakt.
Kann man eine negative Ladung haben?
Ja! Negative Ladung bedeutet einen Überschuss an Elektronen, positive einen Mangel. Die Gesamtladung ist algebraisch (kann sich aufheben). Elektronen: -e. Protonen: +e. Objekte: typischerweise nahezu neutral (gleiche + und -). Gleichartige Ladungen stoßen sich ab, entgegengesetzte ziehen sich an.
Warum verlieren Batterien mit der Zeit an Kapazität?
Li-Ionen: Chemische Reaktionen bauen die Elektrodenmaterialien langsam ab. Jeder Ladezyklus verursacht winzige irreversible Veränderungen. Tiefentladung (<20%), hohe Temperaturen und schnelles Laden beschleunigen die Alterung. Moderne Batterien: 500-1000 Zyklen bis zu 80% Kapazität.
Vollständiges Werkzeugverzeichnis
Alle 71 auf UNITS verfügbaren Werkzeuge