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Lückentextübung

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BlitzDie elektrische (auch Elektrizitätsmenge) ist eine physikalische Größe, die die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung von Materie misst. Obwohl als physikalische Größe immer an einen Träger gebunden, wird die „Ladung“ häufig als eigenständiges Objekt verwendet. Bewegte Ladungen stellen den elektrischen dar.

Die kleinste frei existierende Ladung bezeichnet man als . Die Ladung jeglicher Materie ergibt sich als aller in ihr enthaltenen Elementarladungen. Es gibt genau zwei einander elektrische Elementarladungen, die man durch ein unterschiedliches Vorzeichen kennzeichnet und dementsprechend als oder Ladungen bezeichnet. Die Wahl der Vorzeichen ist prinzipiell willkürlich. Georg Christoph Lichtenberg hat sie – bei Untersuchungen zur Reibungselektrizität – so festgelegt, dass positive und negative Ladung haben. Ungleichnamige Ladungen einander an (positiv und negativ), Ladungen stoßen einander ab (positiv und positiv, negativ und negativ).

Das Formelzeichen der elektrischen Ladung ist Q oder q. Die Ladung wird im Internationalen Einheitensystem in der Einheit Coulomb mit dem Einheitenzeichen C gemessen, die von den Basiseinheiten Ampere und Sekunde abgeleitet ist.

Vermutlich wurden schon im antiken Griechenland Experimente durchgeführt, bei denen die von elektrischer Ladung ausgehenden beobachtet werden konnten. Beispielsweise wurde eine Kraft von einem Stück Bernstein auf ein paar leichte Vogelfedern festgestellt, nachdem der Bernstein an einem trockenen Fell gerieben wurde. Deswegen hat man sich entschlossen, derartige Phänomene nach dem griechischen Wort ηλεκτρόν ((gesprochen elektron)= ) „elektrisch“ zu nennen.

Quantisierung der Ladung

Der experimentelle Nachweis von gelang erstmals im Jahre 1897 durch den Briten Joseph John Thomson. Dies kann als erster Hinweis darauf gesehen werden, dass die elektrische Ladung nur in Vielfachen der Elementarladung auftreten kann. Der präzise experimentelle Nachweis, dass elektrisch geladene Materie tatsächlich immer mit einem der Elementarladung geladen ist, gelang jedoch erst 1910 Robert Andrews Millikan mit dem nach ihm benannten Millikan-Versuch.

Erzeugung von Ladungen

Wie oben erklärt, sind die Elementarteilchen mit bestimmten Ladungen versehen, die sich nicht ändern können. Daher kann keine Ladung werden. Mit Ladungserzeugung ist in Wirklichkeit gemeint. So kann eine Ladungstrennung durch Reibung erzielt werden, indem man eine Katze gegen den Strich streichelt, einen Luftballon an einem Pullover reibt oder allgemein indem man verschiedene Stoffe aneinander reibt. Dabei werden Elektronen von einem Material auf das andere übertragen, so dass die Ladungen von Elektronen und Atomkernen getrennt werden.

In der Batterie wird eine Reaktion ausgenutzt, um dabei frei werdenden Elektronen von den positiv geladenen Reaktionsteilnehmern zu trennen. Die Menge an Ladung, die dabei getrennt wird ist jedoch sehr niedrig.

Ladungstrennung kann auch durch elektromagnetische Wellen, also zum Beispiel Licht, hervorgerufen werden. Lässt man einen Lichtstrahl auf eine Metalloberfläche treffen und platziert eine zweite Metallplatte in der Nähe, werden sich die Platten nach einer Weile gegenseitig anziehen, weil durch das Licht aus der ersten Platte herausgelöst werden, die sich auf der zweiten Platte sammeln können.

Eine weitere Methode zur Ladungstrennung ist das Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes. Wenn man zwischen zwei Platten eine Gleichspannung anlegt, so erhält man einen sogenannten Plattenkondensator. Platziert man nun ein Stück Metall zwischen den Platten, so wandern die negativ geladenen Elektronen zu der Platte, an der der Pluspol liegt. Diese Seite des Metallstücks lädt sich also negativ auf und die andere Seite wird positiv. Schneidet man nun, immer noch im Plattenkondensator, das Metallstück in der Mitte durch, so erhält man ein positiv und ein negativ geladenes Stück.

In jedem Fall muss man aufwenden, um die entgegengesetzten Ladungen, die sich gegenseitig anziehen, zu . Diese Energie muss groß genug sein, um die Anziehungskraft zu überwinden.