Elektrische Ladung
Die elektrische Ladung ist eine physikalische Eigenschaft der Materie, die dazu führt, dass sie eine Kraft erfährt, wenn sie in ein elektromagnetisches Feld gebracht wird. Es gibt zwei Arten von elektrischer Ladung: positive und negative. Positive Ladungen werden durch Protonen übertragen, während Elektronen negative Ladungen tragen. Wenn die Gesamtladung null ist, spricht man von Neutralität. Gleichartige Ladungen stoßen sich ab, und entgegengesetzte Ladungen ziehen sich an. Diese Tatsachen sind als das Erste Gesetz der Elektrostatik bekannt.
Elementarladung
Die grundlegendste Einheit der Ladung ist das Elektron oder das Proton. Die genaueste verfügbare Wert ist \( e = 1.602176487 \times 10^{-19}C \). Ein Coulomb repräsentiert die Gesamtladung von etwa \( 6 \times 10^{18} \) Elektronen. Im Alltag begegnen wir selten Ladungen in der Größe eines Coulombs. Die Ladungen, die durch das Reiben alltäglicher Gegenstände erzeugt werden, liegen typischerweise bei einem Mikrocoulomb (\( \mu C = 10^{-6} C \)) oder weniger.
Gesetz der Erhaltung der Elektrischen Ladung
In der Physik gibt es zwei wichtige Prinzipien bezüglich der elektrischen Ladung. Das erste ist das Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung, welches besagt, dass die algebraische Summe aller elektrischen Ladungen in einem geschlossenen System konstant ist. Die Ladung kann zwar erzeugt und vernichtet werden, aber nur in positiv-negativen Paaren. In der Teilchenphysik bedeutet Ladungserhaltung, dass bei Reaktionen, die geladene Teilchen erzeugen, immer gleich viele positive und negative Teilchen entstehen, sodass die Nettoladung unverändert bleibt.
Elektrische Ladung von Antiteilchen
Theoretisch haben ein Teilchen und sein Antiteilchen (zum Beispiel ein Proton und ein Antiproton) die gleiche Masse, aber entgegengesetzte elektrische Ladung. Ein Antiteilchen eines Elektrons wird als Positron bezeichnet; es ist identisch mit dem Elektron, außer dass es elektrische und andere Ladungen des entgegengesetzten Vorzeichens trägt. Wenn ein Elektron mit einem Positron kollidiert, können beide Teilchen vollständig vernichtet werden und Gammastrahlen erzeugen.
Häufig gestellte Fragen
Wie beeinflussen elektrische Ladungen Atome?
Die chemischen Eigenschaften eines Atoms werden durch die Anzahl der Protonen bestimmt, genauer gesagt durch die Anzahl und Anordnung der Elektronen. Die Konfiguration dieser Elektronen folgt den Prinzipien der Quantenmechanik. Die Anzahl der Elektronen in den Elektronenschalen eines Elements, insbesondere in der äußersten Valenzschale, ist der Hauptfaktor, der sein chemisches Bindungsverhalten bestimmt.
Welche Partikel in Atomen haben eine elektrische Ladung?
Ein Atom besteht aus einem positiv geladenen Kern, umgeben von negativ geladenen Elektronen, sodass das Atom als Ganzes elektrisch neutral ist. Der Atomkern besteht aus positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen.
Warum werden Protonen und Elektronen angezogen?
Die Elektronen in einem Atom werden durch die elektromagnetische Kraft zu den Protonen im Kern angezogen. Diese Kraft bindet die Elektronen in einem elektrostatischen Potenzialbrunnen um den kleineren Kern, was bedeutet, dass eine externe Energiequelle benötigt wird, damit das Elektron entkommen kann.
Was ist die Einheit der elektrischen Ladung?
Das Coulomb (Symbol: C) ist die Internationale Einheit (SI) für elektrische Ladung. Das Coulomb wurde definiert als die Menge an Elektrizität, die in einer Sekunde durch einen Strom von einem Ampere transportiert wird: \( 1 C = 1 A \times 1 s \).
