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Was ist eine elektrische Ladung, welche wichtigen Einheiten und Formeln gibt es und wie kannst du sie dir vorstellen? Das erfährst du im Beitrag und imVideo.
Die elektrische Ladung bestimmt, wie groß der Elektronenüberschuss oder Elektronenmangel eines Körpers ist. Sie lässt sich mit dem Formelzeichen großQbzw. kleinqbeschreiben und mit der Einheit Coulomb (C) berechnen.
Dabei unterscheidest du zwei Arten: die positive und die negative elektrische Ladung. Ist ein Objekt positiv geladen, fehlen ihm Elektronen (Mangel). Ist ein Objekt negativ geladen, besitzt es viele Elektronen (Überschuss). Natürlich kann ein Objekt auch neutral geladen sein, dabei gibt es weder einen Überschuss noch einen Mangel an Elektronen.
Elektrische Ladungen kannst du auch ganz einfach im Alltagbeobachten. Wenn du zum Beispiel einen Luftballon an deinen Haaren reibst, lädt sich der Ballon negativ auf (Elektronenüberschuss) und dein Haar positiv (Elektronenmangel). Durch den Ladungsunterschied werden deine Haare vom Ballon angezogen.
Elektrische Ladung Definition
Die elektrische Ladung als Eigenschaft von Objekten, ist ein Maß dafür, wie positiv oder negativ ein Objekt geladen ist.
Die Formel für dieelektrische Ladung Q kannst du auf zwei Arten bestimmen: Entweder mittels derElementarladunge oder mithilfe der StromstärkeI. Mit beiden kannst du die Ladung eines Körpers berechnen.
Elementarladung
AlsElementarladungbezeichnest du die kleinste elektrische Ladung. Nehmen wir an, auf einem Tisch vor dir liegen mehrere elektrisch geladene Objekte. Für jedes Objekt misst du die jeweilige elektrische Ladung. Wenn du dir diese Zahlenwerte notierst und sie untersuchst, wirst du etwas bemerken: Die Werte ergeben sich immer als ein ganzzahliges Vielfaches einer ganz bestimmten Zahl. Und diese Zahl heißt Elementarladung.
Du kannst also jede elektrische Ladung Q als ein Vielfaches N der Elementarladung eangeben:
Das Elektron mit seiner elektrischen Ladung von besitzt genau die Elementarladung -e, das Proton hingegen die Elementarladung +e.
Stromstärke
Zwischen der Ladung und der Stromstärke besteht ebenfalls ein Zusammenhang.Die Definition der StromstärkeI als Ladungsmenge Q pro Zeit t führt auf das folgende Verhältnis:
Umgeformt ergibt sich dann für die elektrische Ladung Q:
Die Ladung ist also dasProdukt der Stromstärke und der Zeit, wenn durch einen elektrischen Leiter ein Strom mit konstanter Stärke fließt.
Hinweis: Hier haben wir die Begriffe „Ladungsmenge“ und „elektrische Ladung“ gleichgesetzt.
Die Einheit der elektrischen Ladung ist das Coulomb, oder kurz C. Sie isteine abgeleitete SI-Einheit. „Abgeleitet“ in dem Sinne, dass sich das Coulomb aus zwei anderen Einheiten, der Einheit der Stromstärke I (Ampere A) und der Einheit der Zeit t (Sekunden s), zusammenbauen lässt:
Wie du siehst, kannst du ein Coulomb dann auch als eineAmperesekunde bezeichnen.Fließt durch einen elektrischen Leiter eine Sekunde lang ein Strom mit der Stromstärke von einem Ampere, so wird durch den Leiterquerschnitt eine Ladung von einem Coulomb bzw. einer Amperesekunde transportiert.
Merke: Die elektrische Ladung bezeichnest du allgemein mit Q. Wenn wir aber speziell von der „Einheit“ sprechen, schreibst du das oft auch als [Q]. Die eckigen Klammern sollen dich daran erinnern, dass nicht nach der Ladungsmenge gefragt wird, sondern nur nach ihrer Einheit.
Elektrische Ladung berechnen
Wenn du die elektrische Ladung berechnen möchtest, kannst du einfach die zwei Formeln anwenden. Du verwendest sie, je nachdem, welche Angaben du hast:
Formelmit Elementarladung (Q = N • e): Du hast Informationen über die Anzahl der Ladungen.
Formel mit Stromstärke (Q = I• t): Du hast Informationen über die elektrische Stromstärke und die Zeit.
Beispiel 1: Elementarladung
Nehmen wir an, dass du ein Objekt vor dir liegen hast, das aus sechs Protonen und elf Elektronen besteht. Welchen Wert besitzt dann seine Ladung?
Die elektrische Ladung beträgt also minus 5 Mal die Elementarladung.
Beispiel 2: Stromstärke
Nehmen wir an, du hast einen elektrischen Leiter, durch den ein elektrischer Strom mit der Stromstärke I = 2 Ampere fließt. Angenommen, am Ende des elektrischen Leiters sammelst du die Ladungsträger für vier Sekunden in einem geeigneten Behälter ein. Wie groß ist die gesammelte elektrische Ladung?
Du hast also in deinem Behälter eine elektrische Ladung von 8 Coulomb gesammelt.
Ladungstrennung
Elektrische Ladungen können auchdurch Reibung getrennt werden. Dabei übertragen sich zunächst Elektronen von einem Körper auf einen anderen. Wenn du die beiden dann trennst, erhältst du zwei elektrisch geladene Körper.
Beim Beispiel mit dem Luftballonkannst du das sehr gut beobachten. Sobald du den Ballon an deinen Haaren reibst, entnimmt der Gummi des Ballons deinen Haaren die Elektronen (negativ geladene Teilchen). Aufgrund des Mangels lädt sich dein Haar positiv auf, während sich der Ballon durch den Elektronenüberschuss negativ auflädt.
Da sich ungleichnamige Ladungen anziehen, kannst du jetzt erkennen, dass dein Haar von der Oberfläche des Ballons angezogen wird. Aber auch ohne den Luftballon in der Nähe, „stehen dir die Haare zu Berge“. Das liegt daran, dass alle Haare jetzt positiv geladen sind und sich gleichnamige Ladungen eben gegenseitig abstoßen.
Elektrisches Feld
Auch beimelektrischen Feld spielen elektrische Ladungen eine wesentliche Rolle. Es entstehen sogenannte Feldlinien, wobei sich positiv und negativ geladene Teilchen gegenseitig beeinflussen. Welche Kräfte dort wirken und wie du die Ladungen berechnen kannst, erfährst du in diesem Videodazu. Bis gleich!
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Die elektrische Ladung kann allgemein als eine Eigenschaft von Teilchen verstanden werden, die diese in die Lage versetzt, elektromagnetische Kräfte zu spüren oder auszuüben. In der elektromagnetischen Theorie wird dir sicherlich die Coulombsche Gesetz begegnen. Es beschreibt die Kraft zwischen zwei Punktladungen.
Die Ladung ist also das Produkt der Stromstärke und der Zeit, wenn durch einen elektrischen Leiter ein Strom mit konstanter Stärke fließt. Hinweis: Hier haben wir die Begriffe „Ladungsmenge“ und „elektrische Ladung“ gleichgesetzt.
Physikalisch ist ein Körper ja dann geladen, wenn er, vereinfacht gesagt, mehr positive Ladung als negative Ladung hat – oder umgekehrt. Normalerweise sind Atome elektrisch neutral, sie haben genauso viele Protonen – also positive Teilchen – wie Elektronen.
Ist ein Körper negativ geladen, dann befinden sich in und auf ihm mehr Elektronen als Protonen.Ist ein Körper positiv geladen, dann befinden sich in und auf ihm mehr Protonen als Elektronen (besser: weniger Elektronen als Protonen).
Es gibt zwei unterschiedliche Ladungsarten: positive und negative Ladung. Gleichnamige Ladungen stoßen sich gegenseitig ab, ungleichnamige ziehen sich an. In Leitern können sich negative Ladungen relativ frei bewegen.
Werden fortlaufend elektrische Ladungen transportiert, so fließt ein elektrischer Strom. Je mehr Ladungen pro Zeiteinheit durch eine gedachte Testfläche in einem Leiter fließen, desto größer ist die Stromstärke \(I\) im Leiter.
Bei intensivem Kontakt und anschließender Trennung oder bei Reibung werden Teile der negativen Ladungen aus einem Reibpartner herausgerissen und vom anderen aufgenommen. Durch dieses Ungleichgewicht entstehen elektrostatische Aufladungen. Einer der Reibpartner ist positiv, der andere negativ geladen.
Gleichartig geladene Körper stoßen einander ab, ungleichartig geladene Körper ziehen einander an. Die Kraft zwischen zwei elektrisch geladenen Körpern hängt von der Ladung beider Körper und von ihrem Abstand voneinander ab. Sie ist umso größer, je größer die Ladung der Körper ist und.
Alle Lebewesen und Gegenstände sind permanent elektrisch geladen, wobei positive und negative Ladungen über die Feuchtigkeit in der Luft ausgeglichen werden.
Sind mehr Elektronen als Protonen vorhanden, dann ist das Atom negativ geladen. Man spricht hierbei auch von einem Elektronenüberschuss. Sollte jedoch die Anzahl der Protonen überwiegen, dann verfügt das Atom über eine positive Ladung (Elektronenmangel).
Normalerweise sind alle Gegenstände und auch der menschliche Körper elektrisch neutral, das heißt, sie enthalten ebenso viele positive wie negative Ladungsträger. Nur die negativen Ladungsträger, das sind die sogenannten Elektronen, können beweglich sein und von einem Gegenstand auf den anderen „überspringen“.
Mit einem Elektroskop kann nachgewiesen werden, ob ein Körper elektrisch geladen ist. Die Wirkungsweise des Elektroskops beruht darauf, dass sich gleichartig geladene Körper abstoßen. Bei gleichartiger Ladung von Metallstab und Metallzeiger kommt es zu einem Zeigerausschlag.
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besitzt genau die Elementarladung -e, das Proton hingegen die Elementarladung +e.
