Die elektrische Ladung


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Elektische Ladung

Um ein Verständnis für die elektische Ladung zu entwickeln müssen wir uns zunächst kurz mit dem Aufbau eines Atoms beschäftigen. In unserer Modellvorstellung besteht ein Atom aus einer Atomhülle, in dieser Atomhülle befinden sich negativ geladene Elektronen. Im Atomkern hingegen befinden sich die positiv geladenen Protonen und die neutralen Neutronen.



Im "Normalfall" sind die meisten Stoffe nach außen hin nicht geladen, man sagt dann der Stoff ist elektrisch neutral. Ein elektisch neutraler Stoff besitzt gleich viele Elektronen wie Protonen, ihre Ladungen gleichen sich daher aus. Besitzt ein Stoff mehr Elektronen als Protonen so ist er negativ geladen, man spricht von einem Elektronenüberschuss. Umgekehrt ist ein Stoff positiv geladen wenn er mehr Protonen als Elektronen besitzt, man sprich dann von einem Elektronenmangel.

Ein Elektron besitzt die kleinste elektrische Ladung die es gibt. Die Einheit der Ladung ist Coulomb, das Formelzeichen der Ladung ist \(C\). Man nennt die Ladung eines Elektrons Elementarladung.

Elementarladung

\(e=1,602\cdot 10^{-19}C\)

  • Ein Elektron bestizt die Ladung \(-e\) da ein Elektron negativ geladen ist.

  • Ein Proton bestizt die Ladung \(+e\) da ein Proton positiv geladen ist.



Achtung !

Warum ein Elektron die Ladung \(-e=-1,602\cdot 10^{-19}C\) besitzt und woher diese Ladung stammt ist der Physik noch ein Rätsel. Daher sagt man auch, "die Ladung ist eine intristische Eigenschaft".

Coulomb die Einheit

Ein Coulomb ist die Ladung, die durch den Querschnitt eines Drahts transportiert wird, wenn für 1 Sekunde eine Stromstärke von 1 Ampere fließt.

Coulomb

\(1C=1A\cdot s\)



Weis man wie groß der Elektronenüberschuss eines Körpers beträgt, so kann man über die folgende Formel die Gesamtladung des Körpers berechnen.

Gesamteladung eines Körpers

\(C=n\cdot e\)



Dabei ist \(e=1,602\cdot 10^{-19}C\) die Elementarladung und \(n\) der Elektronenüberschuss bzw. Elektronenmangel.



Beispiel:

Ein Ballon besitzt eine negative Ladung von \(2,5 C\). Wie hoch ist der Elektronenüberschuss?

Lösung:

\(Q=2,5C\)

\(e=1,602\cdot 10^{-19}C\)

\(Q=n\cdot e\)

\(n=\frac{Q}{e}=\frac{2,5C}{1,602\cdot 10^{-19}C}=1,5605\cdot 10^{19}\)

Der Ballon hat einen Elektronenüberschuss von \(1,5605\cdot 10^{19}\) Elektronen

Zusammenhang zwischen der Stromstärke und der elektrischen Ladung



In dem letzten Abschnitt haben wir die Definition der Einheit Coulumb erläutert. Fließt durch einen Leiter für 1 Sekunde eine Stromstärke von 1 Ampere, dann wird innerhalb dieser Sekunde eine Ladung von 1 Coulumb transportiert.

Dem zufolge hängt die Ladung auch von der Stromstärke ab. Je höher die Stromstärke ist, desto mehr Ladung wird in der gleichen Zeit Transportiert. Der Zusammenhang zwischen Stromstärke und Ladung lässt sich wie folgt beschreiben:

Stromstärke, Ladung und Zeit

\(I=\frac{Q}{t}\)

Dabei ist I die Stromstärke, Q die Ladung und t die Zeit.



Die Stromstärke gibt einem an wie viel Ladung pro Zeit durch den Querschnitt eines Drahts fließt.

Beispiel:

Durch ein Draht fließt für eine halbe Stunde ein Strom mit der Stromstärke von \(2A\). Wie groß ist die gesamte Ladung die in dieser Zeit durch den Draht transportiert wurde ?

Lösung:

\(I=2A\)

\(t=30\)min \(= 1800\)s

\(I=\frac{Q}{t}\,\,\,\,\,\,\,|\cdot t\)

\(Q=I\cdot t\)

\(Q=2A\cdot 1800s=3600C\)

In einer halben Stunde fließt durch den Draht eine Gesamtladung von \(3600\) Coulumb.