Elektronenüberschuss-Rechner

Elektrische Ladung ist quantisiert: Gewöhnliche Materie erhält eine negative Nettoladung, wenn sie mehr Elektronen als Protonen enthält, und eine positive Nettoladung, wenn Elektronen entfernt wurden. Der Betrag der Ladung eines Elektrons beträgt nach der SI-Definition exakt 1.602176634e-19 Coulomb. Teilt man den Betrag einer gemessenen Nettoladung durch diese Elementarladung, erhält man eine Schätzung der für das Ungleichgewicht verantwortlichen Elektronenzahl. Bei gerundeten experimentellen Eingabewerten muss das Ergebnis keine exakte ganze Zahl sein. Dieser Rechner gibt den Betrag des Elektronenungleichgewichts an. Eine negative Objektladung entspricht einem Elektronenüberschuss, eine positive Ladung physikalisch derselben Anzahl fehlender Elektronen. Da das Eingabefeld den Ladungsbetrag verlangt, wird unabhängig vom Vorzeichen mit dem Absolutwert gerechnet. Das Werkzeug behauptet nicht, dass Bruchteile von Elektronen existieren; Dezimalstellen entstehen durch Messgenauigkeit und Anzeigerundung. Die zusätzlichen Ergebnisse setzen eine isolierte leitende Kugel voraus, deren Ladung gleichmäßig auf der Außenfläche verteilt ist. Ihre Fläche ist viermal Pi mal Radius zum Quadrat. Die mittlere Oberflächenladungsdichte entspricht daher der Ladung geteilt durch diese Fläche. Unmittelbar außerhalb eines kugelförmigen Leiters ist die elektrische Feldstärke gleich der Coulomb-Konstante mal Ladung, geteilt durch das Radiusquadrat. Dies entspricht dem Feld einer Punktladung im Kugelzentrum, allerdings nur auf oder außerhalb der Kugeloberfläche. Reale Objekte erfüllen diese Annahmen möglicherweise nicht. Ladung konzentriert sich an scharfen Kanten und Spitzen, benachbarte Leiter verzerren das Feld, Isolatoren können ungleichmäßig geladene Bereiche behalten, und umgebende Medien verändern die elektrische Reaktion durch ihre Permittivität. Bei sehr hohen Feldstärken können Luftionisation, Koronaentladung oder dielektrischer Durchschlag Ladung abführen. Die berechnete Dichte und Feldstärke sind daher ideale Referenzwerte, keine detaillierte elektrostatische Simulation und keine Sicherheitsgrenze. Verwenden Sie Coulomb für die Ladung und Meter für den Radius. Wissenschaftliche Notation ist praktisch, da elektrostatische Ladungen winzig sein können: Ein Mikrocoulomb entspricht 1e-6 C, ein Nanocoulomb 1e-9 C. Der Radius beeinflusst die Elektronenzahl nicht, da diese nur von der Ladung abhängt. Eine Verdopplung des Radius verringert sowohl die mittlere Oberflächenladungsdichte als auch die Feldstärke an der Oberfläche auf ein Viertel, da beide umgekehrt proportional zum Radiusquadrat sind. Der Rechner eignet sich für Physikaufgaben, Plausibilitätsprüfungen im Labor, elektrostatische Demonstrationen und Vergleiche geladener Kugeln. Messwerte eines Elektrometers oder Faraday-Bechers lassen sich schnell in ein Teilchenungleichgewicht umrechnen. Bewahren Sie bei Präzisionsarbeiten das Vorzeichen separat auf, berücksichtigen Sie die Messunsicherheit, verwenden Sie gegebenenfalls die Permittivität des Materials und lösen Sie die tatsächliche Geometrie mit analytischer oder numerischer Elektrostatik.