Elektrische Ladung wird je nach Fachgebiet in völlig unterschiedlichen Einheiten angezeigt: Physiker verwenden standardmäßig Coulomb, Batteriedatenblätter verwenden Amperestunden und Milliamperestunden und Chemiker greifen zu Faradays. Alle messen die gleiche zugrunde liegende Größe – sie skalieren sie nur der Einfachheit halber unterschiedlich. In diesem Artikel wird erläutert, wie die einzelnen Einheiten mit dem Coulomb zusammenhängen, warum die Skalierungsfaktoren so sind und wann Sie nach den einzelnen Einheiten greifen würden.
Der Coulomb ist der rote Faden
Jede Ladungseinheit in diesem Konverter reduziert sich auf ein Vielfaches des Coulomb, der SI-Basiseinheit. Ein Coulomb ist definiert als die Ladung, die von einem konstanten Strom von 1 Ampere in 1 Sekunde transportiert wird, was bedeutet, dass Ladung und Strom direkt miteinander verbunden sind: Ladung (C) = Strom (A) × Zeit (s). Amperestunden und Milliamperestunden sind eigentlich genau das gleiche Verhältnis, gemessen in Stunden statt in Sekunden, weshalb 1 Ah genau 3.600 °C (3.600 Sekunden in einer Stunde) und 1 mAh 3,6 °C entspricht. Sobald jede Einheit in Coulomb ausgedrückt wird, ist die Umrechnung zwischen jedem Paar – beispielsweise mAh direkt in Faradays – ein einziger Multiplikations- und dann Divisionsschritt durch diese gemeinsame Basis.
Warum Batteriebewertungen Ah und mAh anstelle von Coulomb verwenden
Ein typischer Telefonakku hat eine Ladung in der Größenordnung von 18.000 Coulomb, die Hersteller drucken jedoch stattdessen „5.000 mAh“ auf das Etikett. Das ist eine Wahl der Benutzerfreundlichkeit: Milliamperestunden beschreiben die Kapazität in Begriffen, die ein Benutzer direkt mit einer Laderate (ein 2-A-Ladegerät füllt einen 5.000-mAh-Akku in etwa 2,5 Stunden) oder dem Stromverbrauch eines Geräts vergleichen kann, ohne dass jemand mit einer vier- oder fünfstelligen Coulomb-Zahl rechnen muss. Der Nachteil besteht darin, dass mAh und Ah nur die Ladung und nicht die Energie messen – die Umrechnung in Wattstunden (die der Batteriekapazitätsrechner verarbeitet) erfordert auch die Kenntnis der Akkuspannung.
Faradays und die Elementarladung: Chemie und Physik enden
Chemiker, die sich mit Elektrolyse befassen, greifen auf den Faraday zurück, weil dieser die Ladung direkt an die übertragenen Elektronenmole bindet. Dies ist die Größe, die in den Faradayschen Gesetzen der Elektrolyse zum Ausdruck kommt (die Menge der an einer Elektrode abgelagerten oder freigesetzten Substanz ist proportional zur weitergeleiteten Ladung, gemessen in Faraday). Im entgegengesetzten Extrem verwenden Physiker, die auf der Ebene einzelner Teilchen arbeiten, die Elementarladung – die Ladung eines einzelnen Protons oder Elektrons –, da es sich um die kleinste freistehende Ladungseinheit handelt, die in der Natur existiert. Seit der SI-Neudefinition 2019 ist die Elementarladung eine genau definierte Konstante (1,602176634 × 10⁻¹&sup9; C) und kein experimentell gemessener Wert, was auch das Coulomb selbst formal in Bezug auf Elementarladungen definierbar macht.