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2026-04-08T07:39:29Z

Typografie, Kleinigkeiten.

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[[Datei:Hofmann voltameter 1866.jpg|mini|Ein Voltameter aus dem 19. Jahrhundert]]
Ein '''Voltameter''' ist ein historisches [[Messgerät]] zum Messen der [[Elektrische Ladung|elektrischen Ladung]] (Elektrizitätsmenge). Ein alternativer Name ist '''Coulometer''' oder '''Coulombmeter'''. Es wurde in Form des [[Edisonzähler]]s zur Messung der bezogenen Elektrizitätsmenge in den ersten Stromnetzen verwendet. Außer im Ausbildungsbereich und zu Demonstrationszwecken besitzt es keine praktische Bedeutung mehr. Es ist nicht mit einem [[Spannungsmessgerät]], umgangssprachlich als ''Voltmeter'' bezeichnet, zu verwechseln.

Der Begriff entstand aus einer Bezeichnung von [[Michael Faraday]], welcher diesen Messapparat als „volta-electrometer“ bezeichnet. In Folge nannte [[John Frederic Daniell]] den Aufbau „Voltameter“.<ref>Frank A. J. L. James: ''The correspondence of Michael Faraday'', 1991, IET, ISBN 0863412491, letter 872, 9/1/1836</ref>

Vom Prinzip her stellt das Voltameter ein über die Zeit summierendes [[Strommessgerät]] dar. Die [[SI-Einheit]] für die elektrische Ladung ist das [[Coulomb]].

== Arten ==
Ein Voltameter ist eine [[Elektrolyse]]zelle, in der durch den elektrischen Strom eine chemische Umsetzung erfolgt, z. B. eine Gasentwicklung oder eine Metallabscheidung. Die eigentliche Messung erfolgt dann je nach Coulometertyp durch
* Wiegen des chemischen Elements, das in einer bestimmten Zeit an einer der Elektroden abgelagert oder freigesetzt wird, oder
* durch Volumenmessung des Gases oder
* durch Titration.

=== Metallvoltameter ===
Ein Metall wird elektrisch aufgelöst und wieder abgeschieden, und durch Wiegen der getrockneten Elektroden kann die Ladung bestimmt werden. Zumeist wurde das an der negativen Elektrode, der Kathode, abgeschiedene Metall gewogen. Da die Elektrode für die Wägung in der Regel entnommen und getrocknet wurde, arbeiteten diese Geräte diskontinuierlich.

==== Silbervoltameter ====
Das [[Silbercoulometer]] ist die genaueste Bauart. Es besteht aus zwei [[Silber]]platten in einer Lösung aus [[Silbernitrat]]. Wenn Strom fließt, löst sich Silber an der [[Anode]] und schlägt sich an der Kathode nieder. Die Kathode wird gewogen, der Strom fließt in einer abgemessenen Zeit, dann wird die Kathode wieder gewogen usw.
Das Silbercoulometer ist deswegen historisch besonders bedeutsam, da es bis 1948 als offizieller Primärstandard für die Messung der [[Stromstärke]] diente.

==== Kupfervoltameter ====
[[Datei:Voltametro a rame.png|mini|Kupfercoulometer mit drei rechteckigen Kupferplatten in einem rechteckigen Glasgefäß. Die beiden äußeren Kupferplatten sind elektrisch miteinander verbunden, die innere Platte ist die Kathode, d. h. mit dem Minuspol verbunden.]]
Das [[Kupfercoulometer]] ist dem Silbervoltameter ähnlich, aber die Anode und Kathode sind aus [[Kupfer]] und die Lösung ist [[Kupfersulfat]], gelöst in [[Schwefelsäure]]. Es ist billiger als das Silbervoltameter, aber etwas weniger genau.

==== Zinkvoltameter ====
Zinkvoltameter gingen in die Geschichte der Elektrizität ein als die ersten beim Kunden installierte Strommessgeräte: [[Thomas Alva Edison]] verwendet sie ab 1881 zur Strommessung und ließ ab 1883 die Stromrechnungen der Kunden seines Gleichstromnetzes damit erstellen. Zur Verbesserung der Genauigkeit und zur Kontrolle wurden zwei Zinkzellen in Reihe geschaltet, diese wiederum waren nicht im Hauptstromkreis, sondern parallel zu einem Messwiderstand ([[Shunt (Elektrotechnik)|Shunt]]) im Hauptstromkreis geschaltet.

==== Quecksilbervoltameter ====
[[Datei:Mercury coulometer.gif|miniatur|Quecksilber-Coulometer]]
Bei dem [[Quecksilbercoulometer]] ist auch eine Volumenmessung möglich. Eine besondere Ausführung nutzt dabei einen verschiebbaren Quecksilbertropfen, was im Bereich der ersten [[Betriebsstundenzähler]] wie dem [[Edisonzähler]] zur Messung der bezogenen Elektrizitätsmenge genutzt wurde.

=== Gascoulometer ===
In diesen wurde Wasser elektrolysiert, wobei in der Regel verdünnte Schwefelsäure als Elektrolyt verwendet wurde. Daher werden diese Coulometer auch Schwefelsäurevoltameter
genannt. Anode und Kathode sind bevorzugt aus dem korrosionsstabilen [[Platin]].
Bei der Elektrolyse entstehen an [[Wasserstoff]] an der Kathode und [[Sauerstoff]] an der Anode. Die beiden Gase wurden im ''Knallgasvoltameter'' als Gemisch in einem Messglas gesammelt. Im ''Hofmann-Voltameter'' oder [[Hofmannscher Wasserzersetzungsapparat|Hofmannschen Wasserzersetzungsapparat]] werden die beiden Gase getrennt aufgefangen.

Da das Gasvolumen von der Temperatur abhängt, waren genauere Geräte mit einem Thermometer ausgestattet, und das Volumen wurde auf [[Standardbedingungen]] umgerechnet. Da Volumenmessungen weniger genau sind als Massenbestimmungen mit einer Präzisionswaage, waren Gascoulometer auch weniger präzise als Metallcoulometer. Der große Vorteil der Volumenmessung ist aber, dass keine Elektrode ausgebaut werden muss, so dass eine quasi kontinuierliche Messung möglich ist.

=== Weitere Bauformen ===
Eine weitere Bauform stellt das [[Iodcoulometer]] dar, bei dem die an der Anode entstandene Menge an Iod durch Titration der Lösung bestimmt wurde.

== Ladungsberechnung mit Hilfe des elektrochemischen Äquivalents ==
Nach den [[Faradaysche Gesetze|Faradayschen Gesetzen]] ist die Ladung ''Q'' den umgesetzten [[Masse (Physik)|Massen]] [[proportional]]:

:<math>Q = \frac{ \Delta\ m \cdot z \cdot F}{M} = \frac{ \Delta\ m}{\ddot A_e}</math>

mit
* der Änderung Δ''m''
** der Masse der Anode oder Kathode bei Metallelektroden, ermittelt mit einer möglichst genauen Waage, oder
** der Gasmasse bei Gascoulometern, berechnet aus dem Gasvolumen und der Gas[[dichte]]
* der [[Äquivalentzahl|Anzahl]] ''z'' übertragener [[Elektron]]en pro Teilchen, [[Wertigkeit (Chemie)|Wertigkeit]] des [[Chemisches Element|Element]]s:
** ''z'' = 1 für Ag/Ag+
** ''z'' = 2 für Cu/Cu2+ und Zn/Zn2+
* der [[Faraday-Konstante]] ''F'' (≈ 96.485,3 [[Ampere|A]]·s/[[mol]])
* der [[molare Masse|molaren Masse]] ''M''
** M = 107,8682 g/mol für Silber
** M = 63,546 g/mol für Kupfer
* dem [[elektrochemisches Äquivalent|elektrochemischen Äquivalent]] ''Ä''e = ''M''/(''z''·''F''). Das elektrochemische Äquivalent eines Elements ist die Masse dieses Elements (in [[Gramm]] oder [[Milligramm]]), das von 1 [[Coulomb]] [[Elektrizität]] transportiert wird.

{| class="wikitable sortable"
|+ Für die Ladungsberechnung mit Coulometern wichtige elektrochemische Äquivalente ''Ä''e
! Element || Ordnungszahl || Molmasse in g/mol || [[Wertigkeit (Chemie)|Wertigkeit]] || ''Ä''e in mg/As || ''Ä''e in g/Ah
|-
| [[Kupfer]] || 29 || 63,546 || 2 || '''0,3293''' || 1,1855
|-
| [[Sauerstoff]] || 8 || 15,9994 || 2 || '''0,0829''' || 0,2985
|-
| [[Silber]] || 47 || 107,8682 || 1 || '''1,1180''' || 4,0247
|-
| [[Wasserstoff]] || 1 || 1,00794 || 1 || '''0,0104''' || 0,0376
|-
| [[Zink]] || 30 || 65,409 || 2 || '''0,3390''' || 1,2202
|-
|}

== Weitere Ladungsmessgeräte ==
Die [[Elektrische Ladung#Messung der elektrischen Ladung|Messung der elektrischen Ladung]] kann mit geringerem messtechnischen Aufwand durch elektronische Schaltungen wie den [[Ladungsverstärker]] erfolgen. Dieser liefert eine der elektrischen Ladungsmenge proportionale elektrische Spannung.

== Literatur ==
* {{Literatur
|Titel = Practical Electricity
|Autor = W. E. Ayrton und T. Mather,
|Verlag = Cassell and Company | Ort = London| Jahr = 1911 | Seiten = 12–26 }}
* {{Literatur
|Titel = Ueber das Silber-Voltameter und Ueber das Faraday’sche Gesetz bei Strö̈men von Reibungselectricität
|Autor = John Ellis Myers
|Verlag = Buchdruckerei C. Gœller | Ort = Strassburg i. E. | Jahr = 1895 | Online = https://archive.org/details/ueberdassilberv00myergoog}}

== Weblinks ==
{{Commonscat|Voltameters}}

== Quellen ==
<references />

[[Kategorie:Historisches elektrotechnisches Messgerät]]
[[Kategorie:Elektrochemie]]
[[Kategorie:Alessandro Volta als Namensgeber]]

Voltameter - Versionsgeschichte

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