Im Rahmen der Facharbeit werden zunächst der Stand der Technik bezüglich der Elektrizität ermittelt und die Grundbegriffe (Elementarladung etc.) definiert. Es werden dann mindestens 3 Methoden benannt und beschrieben, mit deren Hilfe man die Elementarladung direkt oder auch indirekt ermitteln kann. Dabei wird jedes Verfahren bezüglich der Durchführung, Aufwand der Durchführung und mathematischer Herleitung der Elementarladung über die einstellbaren Größen beschrieben. Am Ende werden die Verfahren untereinander unter dem Aspekt des Aufwandes und Durchführbarkeit verglichen.
Elektrizität ist im Alltag allgegenwärtig − jeder Haushalt erhält regelmäßig eine Stromrechnung. Die dort in Rechnung gestellte "Ware" ist jedoch nicht der elektrische Strom, sondern die gelieferte elektrische Energie, die zum Beleuchten, Heizen, Kühlen oder für mechanische Arbeiten genutzt wurde. Wenn von elektrischem Strom gesprochen wird, ist im Allgemeinen die Stärke dieses Stromes gemeint, also die physikalische Größe elektrischer Stromstärke. Diese ist definiert als die Menge an elektrischer Ladung, die pro Zeitintervall durch den Querschnitt eines elektrischen Leiters fließt, geteilt durch die Länge des Zeitintervalls.
Inhaltsverzeichnis
- Stand der Technik
- Definition Elementarladung
- Millikan-Versuch
- Durchführung
- Durchführung
- Aufwand der Durchführung
- Mathematische Herleitung der Elementarladung
- Elektrolyse
- Durchführung
- Aufwand der Durchführung
- Mathematische Herleitung der Elementarladung
- Einzelelektronentransport (SET)
- Durchführung
- Aufwand der Durchführung
- Mathematische Herleitung der Elementarladung
- Neudefintion des Internationalen Einheitensystems (SI)
- Vergleich der Versuche
- Zusammenfassung
- Fazit
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Facharbeit befasst sich mit der Bestimmung der Elementarladung. Sie hat zum Ziel, den Stand der Technik zu ermitteln und die Grundbegriffe zu definieren. Darüber hinaus werden mindestens drei Methoden zur Ermittlung der Elementarladung vorgestellt, mit deren Hilfe diese direkt oder indirekt ermittelt werden kann. Jedes Verfahren wird hinsichtlich der Durchführung, des Aufwands und der mathematischen Herleitung der Elementarladung analysiert. Abschließend werden die Verfahren im Hinblick auf Aufwand und Durchführbarkeit verglichen.
- Definition und Bedeutung der Elementarladung
- Verschiedene Methoden zur Bestimmung der Elementarladung
- Vergleich der Methoden hinsichtlich Aufwand und Durchführbarkeit
- Einfluss der Elementarladung auf die Physik und Technologie
- Entwicklung des Internationalen Einheitensystems (SI) im Kontext der Elementarladung
Zusammenfassung der Kapitel
Das erste Kapitel befasst sich mit dem Stand der Technik und der Definition der Elementarladung. Es werden historische Aspekte der Entdeckung der Elementarladung und deren Bedeutung für die moderne Physik beleuchtet.
Kapitel 2 erläutert die Durchführung, den Aufwand und die mathematische Herleitung der Elementarladung im Millikan-Versuch. Dieser Versuch basiert auf der Beobachtung von Öltröpfchen in einem elektrischen Feld und ermöglicht die direkte Bestimmung der Elementarladung.
In Kapitel 3 wird die Elektrolyse als Methode zur indirekten Bestimmung der Elementarladung vorgestellt. Hierbei wird die elektrochemische Zersetzung von Stoffen genutzt, um die Ladung von Ionen zu bestimmen.
Kapitel 4 beschäftigt sich mit dem Einzelelektronentransport (SET) als weitere Möglichkeit, die Elementarladung zu ermitteln. Dieser Ansatz basiert auf dem kontrollierten Transport einzelner Elektronen durch eine Potentialbarriere.
Schlüsselwörter
Elementarladung, Millikan-Versuch, Elektrolyse, Einzelelektronentransport (SET), Internationales Einheitensystem (SI), elektrische Ladung, Elektromagnetismus, Quantenmechanik, Atom, Elektron, Proton, Coulomb, Elektrizitätsmenge
Häufig gestellte Fragen
Was ist die Elementarladung?
Die Elementarladung ist die kleinste frei existierende elektrische Ladungsmenge, die z. B. von einem Elektron oder Proton getragen wird.
Wie funktioniert der Millikan-Versuch?
Beim Millikan-Versuch werden geladene Öltröpfchen in einem elektrischen Feld beobachtet. Durch das Gleichgewicht von elektrischer Kraft und Gewichtskraft lässt sich die Ladung bestimmen.
Kann die Elementarladung durch Elektrolyse bestimmt werden?
Ja, die Elektrolyse dient als indirekte Methode, bei der über die abgeschiedene Stoffmenge und die geflossene Ladung auf die Ladung der einzelnen Ionen geschlossen wird.
Was ist der Einzelelektronentransport (SET)?
SET ist eine moderne Methode, bei der einzelne Elektronen kontrolliert durch eine Potentialbarriere transportiert werden, um die Elementarladung hochpräzise zu messen.
Wie beeinflusst die Elementarladung das SI-Einheitensystem?
Im Rahmen der Neudefinition des Internationalen Einheitensystems (SI) wurde die Elementarladung auf einen festen Zahlenwert festgelegt, um Einheiten wie das Ampere präziser zu definieren.
- Citation du texte
- Constantin Sinowski (Auteur), 2021, Die Bestimmung der Elementarladung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1336653
