From aeee6aab6796aa5cbc9572b0a48fc2680f209035 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Matthias Jung Date: Sun, 8 Feb 2026 19:20:56 +0100 Subject: [PATCH] refactor: section ladung_energie --- contents/sections/ladung_energie.md | 44 ++++++++++++++++++++--------- 1 file changed, 30 insertions(+), 14 deletions(-) diff --git a/contents/sections/ladung_energie.md b/contents/sections/ladung_energie.md index 580c12e..59e26be 100644 --- a/contents/sections/ladung_energie.md +++ b/contents/sections/ladung_energie.md @@ -1,25 +1,41 @@ -Die elektrische Ladung oder Elektrizitätsmenge ist eine physikalische Größe. Sie bestimmte die elektromagnetische Wechselwirkung. +Die elektrische Ladung (auch *Elektrizitätsmenge* genannt) ist eine grundlegende physikalische Größe. Sie beschreibt eine Eigenschaft von Teilchen und Körpern und ist die Ursache für elektrische und elektromagnetische Wechselwirkungen. Sicher hast du schon auf Akkus oder Batterien eine Angabe wie z.B. $\qty{3000}{\milli\ampere\hour}$ für die elektrische Ladung gelesen. -Die Elektrische Ladung hat als Formelzeichen $Q$ oder $q$. Als Einheit hat sie Coulomb $\unit{coulomb}$. -Ein Coulomb ist definiert als $\qty{1}{\coulomb} = \qty{1}{\ampere} \cdot \qty{1}{\second}$ + +Die elektrische Ladung hat das Formelzeichen $Q$ und die Einheit Coulomb ($\unit{coulomb}$). +Ein Coulomb ist definiert als die Ladungsmenge, die bei einem Strom von $\qty{1}{\ampere}$ innerhalb von $\qty{1}{\second}$ transportiert wird: +$\qty{1}{\coulomb} = \qty{1}{\ampere} \cdot \qty{1}{\second}$ + -Während die Leistung definiert ist als Arbeit bzw. Energie pro Zeit, ist entsprechend dem Dreisatz umgekehrt die Energie die Leistung mal die Zeit. +Elektrische Ladung allein beschreibt jedoch noch keine Energie. Erst in Verbindung mit einer elektrischen Spannung wird deutlich, wie viel Energie mit einer bestimmten Ladungsmenge übertragen oder gespeichert werden kann. Genau dieser Zusammenhang wird zum Beispiel bei Batterien und Akkumulatoren genutzt: Sie speichern elektrische Energie, indem sie elektrische Ladung auf unterschiedlichen elektrischen Potenzialen trennen. + +[question:AA102] + +--- + +Die dabei gespeicherte oder übertragene elektrische Energie $W$ ergibt sich aus der transportierten Ladung $Q$ und der anliegenden Spannung $U$: + +$W = U \cdot Q$ + +Allgemein ist die Leistung als Energie pro Zeit definiert. Entsprechend ergibt sich die Energie als Produkt aus Leistung und Zeit: $W = P \cdot t$ -Ein Joule ($\unit{J}$) ist definiert als + +Die Einheit der Energie ist das Joule ($\unit{J}$). Ein Joule ist definiert als: -$1 \qty{\joule} = \qty{1}{\watt\second} = \qty{1}{\volt\ampere\second} = 1 \text{ N m} = \qty{1}{\kilogram\cdot\meter\squared\per\second\squared}$ +$\qty{1}{\joule} = \qty{1}{\watt\second} = \qty{1}{\volt\ampere\second} = \qty{1}{\newton\meter} = \qty{1}{\kilogram\cdot\meter\squared\per\second\squared}$ + -Das Joule ist die SI-Einheit. - -Üblicherweise werden als Einheiten entweder Joule (für kleine Energiemengen), oder die Wattstunden (bzw. Kilowattstunden) für große Energiemengen verwendet. - -[question:AA102] [question:AA103] -[question:AB502] + +In der Praxis werden für kleine Energiemengen meist Joule verwendet, während für größere Energiemengen – etwa bei Akkus, Netzteilen oder im Stromverbrauch – häufig Wattstunden (Wh) oder Kilowattstunden (kWh) angegeben werden. Greifen wir das Beispiel unseres $\qty{3000}{\milli\ampere\hour}$-Akkus wieder auf. Hat dieser eine Spannung von $\qty{3,6}{\volt}$ so ergibt sich ein Energiegehalt von $\qty{3000}{\milli\ampere\hour} \cdot \qty{3,6}{\volt} = \qty{10.8}{\watt\hour}$ + +Energie kann nicht nur gespeichert, sondern auch von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Ein typisches Beispiel ist die Umwandlung elektrischer Energie in thermische Energie an einem Widerstand, an dem über einen bestimmten Zeitraum eine Spannung anliegt. Die folgenden beiden Prüfungsfragen betrachten genau dieses Szenario. + [question:AB503] -Wie viel Energie wird vom Widerstand innerhalb einer Stunde in Wärme umgewandelt (Widerstand $R=100 \Omega$, $U=10 \text{ V}$) +Hier nochmal eine andere Formulierung der Frage: Wie viel Energie wird an einem Widerstand (Widerstand $R=\qty{100}{\ohm}$), an dem eine Spannung von $U=\qty{10}{\volt}$ angelegt ist, innerhalb einer Stunde in Wärme umgewandelt? -$W = P \cdot t = \frac{U^2}{R} \cdot t = \qty{1}{\watt} \cdot \qty{1}{\hour}= 1 \unit{\watt\hour}$ \ No newline at end of file +$W = P \cdot t = \frac{U^2}{R} \cdot t = \qty{1}{\watt} \cdot \qty{1}{\hour}= 1 \unit{\watt\hour}$ + +[question:AB502] \ No newline at end of file