Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung
Die elektrische Ladung ist eine physikalische Größe und Eigenschaft der Materie, die eine Kraftwirkung erfährt, wenn sie in ein elektromagnetisches Feld gebracht wird. Das Gesetz der Ladungserhaltung besagt, dass die algebraische Summe aller elektrischen Ladungen in einem geschlossenen System konstant ist.
Grundprinzipien der Ladungserhaltung
In der Physik gibt es zwei wichtige Prinzipien bezüglich der elektrischen Ladung. Das erste ist das Gesetz der Erhaltung der elektrischen Ladung. Dieses Gesetz stellt fest, dass die algebraische Summe aller elektrischen Ladungen in einem geschlossenen System konstant bleibt. Die einzige Möglichkeit, die Nettoladung eines Systems zu ändern, besteht darin, Ladung von anderswo hereinzubringen oder eine Ladung aus dem System zu entfernen. Ladung kann erzeugt und vernichtet werden, jedoch nur in positiv-negativen Paaren.
Das zweite wichtige Prinzip ist die Quantisierung der Ladung. Das bedeutet, jede beobachtbare Menge elektrischer Ladung ist immer ein ganzzahliges Vielfaches dieser Basiseinheit. Diese Einheit wird als Elementarladung bezeichnet, e, ungefähr gleich 1,602×10−19 Coulomb (außer bei Partikeln namens Quarks, die Ladungen haben, die ganzzahlige Vielfache von 1/3 e sind).
Bedeutung im Teilchenphysik
In der Teilchenphysik bedeutet Ladungserhaltung, dass bei elementaren Teilchenreaktionen, die geladene Teilchen erzeugen, immer gleich viele positive und negative Teilchen entstehen, sodass die Gesamtladung unverändert bleibt. Selbst in hochenergetischen Wechselwirkungen, bei denen Teilchen erzeugt und vernichtet werden, wie bei der Erzeugung von Positron-Elektron-Paaren, bleibt die Gesamtladung eines geschlossenen Systems genau konstant.
Häufig gestellte Fragen
Welche Teilchen in Atomen haben eine elektrische Ladung? Ein Atom besteht aus einem positiv geladenen Kern, der von negativ geladenen Elektronen umgeben ist, sodass das Atom als Ganzes elektrisch neutral ist. Der Atomkern besteht aus positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen.
Was ist die Einheit der elektrischen Ladung? Das Coulomb (Symbol: C) ist die Internationale Einheitensystem (SI) Einheit der elektrischen Ladung. Das Coulomb wurde definiert als die Menge an Elektrizität, die in einer Sekunde von einem Strom von einem Ampere transportiert wird: 1 C = 1 A × 1 s
Warum ist das Gesetz der Ladungserhaltung so wichtig? Dieses Konzept ist für alle Kernreaktionen wichtig — Alpha-Zerfall, Beta-Zerfall, Gamma-Zerfall usw. —, da es Wissenschaftlern erlaubt, die Zusammensetzung des Endprodukts in der Reaktion vorherzusagen. In diesen Reaktionen verwandelt sich ein Kern in einen anderen Typ von Kern oder Kerne, während die Ladung erhalten bleibt.
