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Elektrische Ladung

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Elektrische Ladung

Die elektrische Ladung eines elektrischen Felds bezieht sich in der Physik immer auf einen Körper und gibt an, wie groß sein Elektronenüberschuss oder sein Elektronenmangel ist. Deshalb wird sie auch häufig als Elektrizitätsmenge beschrieben. Was das genau bedeutet, werden wir dir heute in diesem Artikel erklären. Viel Spaß beim Lesen!

Eigenschaften von einer elektrischen Ladung

Was ist denn überhaupt eine elektrische Ladung und welche Eigenschaften werden ihr zugeordnet?

Die Elektrizitätsmenge könnt ihr durch folgende Eigenschaften erkennen:

  • Physikalische Größe in Verbindung mit der Materie
    • Physikalische Größen sind z.B. Länge, Masse, Zeit, Stromstärke
    • Materie = Alles, woraus physikalische Körper aufgebaut sein können z.B. chemische Stoffe
  • Bestimmt die elektromagnetische Wechselwirkung
    • Eine der physikalischen Grundkräfte = verantwortlich für Magnetismus, Elektrizität und Licht
  • Formelzeichen ist definiert durch das Q
    • Stammt von dem lateinischen Wort “quantum”, was übersetzt “Menge” bedeutet
  • Die Ladung wird im internationalen Bereich in der Einheit Coulomb angegeben
    • Stammt von dem Physiker Charles Augustin de Coulomb

Ladungsarten

Ladungen tauchen insbesondere bei Elementarteilchen auf. Diese sind die kleinsten bekannten Bausteine der Materie. Hierbei wird unterschieden zwischen der

  • Positiven Ladung

Abb. 1: Positive Ladung(Quelle: www.leifiphysik.de)

  • Negativen Ladung

Abb. 2: Negative Ladung(Quelle: www.leifiphysik.de)

Teilchen mit einer positiven Ladung werden als Proton bezeichnet und mathematisch mit +e dargestellt. Dahingegen werden Teilchen mit einer negativen Ladung als Elektron bezeichnet und durch ein –e veranschaulicht.

Ionen

Ionen können in drei möglichen Erscheinungen auftauchen. Entweder sind sie

  • Ein negatives Ion
  • Ein positives Ion
  • Ein neutrales Atom

Abb. 3: Neutrales, Atom, positives Ion und negatives Ion(Quelle: www.leifiphysik.de)

Bei einem negativen Ion herrscht ein Elektronenüberschuss, weshalb die negative Ladung überwiegt und es deshalb auch ein negatives Ion ist. Dahingegen ist es bei einem positiven Ion genau umgekehrt. Denn dort herrscht ein Elektronenmangel, was eine positive Ladung zur Folge hat. Ein neutrales Atom liegt nur dann vor, wenn sich die Protonen und Elektronen genau ausgleichen.

Kraftwirkung der Ladungen

Wenn wir uns Ladungen näher anschauen, dann befinden wir uns im Bereich der Elektrostatik und nicht in der Elektrodynamik. Das heißt, es handelt sich um ruhende Ladungen. Man schaut sich also eine Momentaufnahme an. In diesem Fall gelten folgende Regeln:

  • Zwei geladene Körper üben eine Kraft aufeinander aus
  • Gleich Geladenes stößt sich ab
  • Ungleich Geladenes zieht sich an
  • Die Kraft varriiert je nach Entfernung der Körper

Abb. 4: Neutral geladene Körper, gleich geladene Körper und ungleich geladene Körper(Quelle: www.sps-lehrgang.de)

Ein entscheidener Unterschied zwischen positiver und negativer Ladung ist, dass die positive Ladung ortsfest ist, also nicht wandern kann. Überschussladungen können außerdem zu einer Veränderung der elektrischen Feldstärken führen.

Überschussladungen im Alltag

Die Wirkung von elektrostatischen Anziehungen oder Abstoßungen von geladenen Teilchen können wir bereits im Alltag beobachten. Ein Gewitter entsteht z.B. aufgrund einer elektrischen Aufladung. Die Folge davon ist die Reibungselektrizität, welche sich in Form von Blitzen sichtbar macht. Da die Luft ein Isolator ist, also keine Leitfähigkeit aufweist, baut sich die Spannung immer weiter auf, bis es zu einem Durchschlag kommt und ein schlagartiger Ladungsausgleich erfolgt.

Abb. 5: Blitzeinschläge(Quelle: www.klimagefahren.de)

Diese elektrische Spannung taucht ebenfalls auf, wenn du:

  • Einen Pullover an- oder ausziehst
  • Eine Rutsche hinunter rutschst
  • Mit einer Batterie in Kontakt kommst

Elektrische Ladung berechnen

Tatsächlich kannst du die Ladung von Teilchen auch berechnen. Dafür wird folgende Formel verwendet:

  • Das Q steht für die elektrische Ladung
  • Das k bezeichnet eine ganze Zahl
    • K bei einem Elektron = -1
    • K bei einem Proton = 1

Ein großes Q verwendest du, wenn du von einer großen Einheit sprichst, bei der ganz viele Teilchen relevant sind. Das kleine q hingegen verwendest du, wenn du dir nur die einzelnen Ladungsträger anschaust.

Stromstärke berechnen

Bei einer elektrischen Ladung, musst du auch wissen wie sich die Stromstärke verändert. Auch diese kannst du mit Hilfe einer Formel ausfindig machen:

  • I steht hierbei für die Stromstärke
  • Q bezeichnet erneut die elektrische Ladung
  • T ist durch die Zeit definiert

Manchmal siehst du auch folgende Formel:

Das ist genau die gleiche Formel wie zuvor, nur wurde hierbei nach q umgestellt.

Elektroskop

Abb. 6: Elektroskop(Quelle: www.grund-wissen.de)

Ein Elektroskop wird verwendet, um eine elektrische Ladung nachzuweisen. Wird ein Elektroskop z.B. negativ aufgeladen, so kannst du anhand der Reaktion des gelb markierten Stabs auf einen anderen Gegenstand erkennen, welche Ladung der Körper aufweist. Bei einem negativ geladenen Körper, würde sich der Stab des negativ geladenen Elektroskop abstoßen. Jedoch würde der Stab angezogen werden, wenn der Körper eine positive Ladung aufweisen würde. Natürlich kann ein Elektroskop auch positiv geladen werden.

Influenz

Eine der Kraftwirkung zwischen geladenen Körpern ist die sogenannte Influenz. Dafür benötigt man einmal:

  • Einen neutralen, also nichtleitenden Körper (Isolator)
  • Einen geladenen Körper (egal ob positiv oder negativ)

Hält man beide aneinander, so kommt es zu einer Verschiebung in dem Isolator, da die Elektronen und Protonen trotzdem noch auf die Ladung des geladenen Körpers reagieren. Eben diese Ladungsverschiebung wird als elektrische Influenz bezeichnet.

Alles Wichtige auf einen Blick

Schauen wir uns mal an, was du heute alles Neues gelernt hast. Du weißt jetzt, dass:

  • Eine Ladung positiv oder negativ sein kann
  • Elektronen negativ sind und mit –e definiert werden
  • Protonen positiv sind und mit +e definiert werden
  • Das Formelzeichen Q ist
  • Elektrische Ladung berechnet werden kann
  • Elektrische Ladungen sich anziehen oder abstoßen können
  • Überschussladungen können wir im Alltag sehen
  • Die Art der elektrischen Ladung kann mittels eines Elektroskop nachgewiesen werden

Finales Elektrische Ladung Quiz

Frage

Welche Kräfte wirken beim Millikan-Versuch?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Schwerkraft, die Auftriebskraft und eine elektrische Kraft wirken auf das geladene Öltröpfchen.

Frage anzeigen

Frage

Benenne die Methode, bei der die wirkenden Kräfte ein Kräftegleichgewicht ergeben?

Antwort anzeigen

Antwort

Wenn die Schwerkraft genauso groß ist wie die elektrische Kraft und die Auftriebskraft zusammen, dann schwebt das Öltröpfchen. Daher wird diese Methode Schwebemethode genannt.

Frage anzeigen

Frage

Welche Kraft musst du nicht mehr beachten wenn du das Experiment in einer Vakuumkammer durchführst?

Antwort anzeigen

Antwort

Wenn das Experiment in einem Vakuum durchgeführt wird, dann gibt es auch keine Auftriebskraft.

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Frage

In welche Richtung zeigen die elektrischen Feldlinien eines Plattenkondensators?

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Antwort

Die Feldlinien eines Plattenkondensators zeigen immer von der negativ geladenen Platte zur positiv geladenen Platte hin.

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Frage

Beschreibe, was eine Punktladung ist.

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Antwort

Ein Modell für eine elektrische Ladung, die keine räumliche Ausdehnung hat.

Frage anzeigen

Frage

Gib an, welche Arten von Feldern eine Punktladung erzeugt.

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Punktladung erzeugt immer ein elektrisches Feld. Bewegt sich die Punktladung, kann sie auch ein Magnetfeld erzeugen.

Frage anzeigen

Frage

Wähle die Größe(n) aus, von denen die elektrische Feldstärke im Feld einer Punktladung abhängig ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Ladung der Punktladung Q

Frage anzeigen

Frage

Benenne die Kraft, die zwischen zwei elektrischen Ladungen wirkt.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Coulombkraft.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe, was das Wechselwirkungsgesetz aussagt.

Antwort anzeigen

Antwort

Wirkt ein Körper eine Kraft auf einen anderen Körper aus, so erfahren beide Körper eine betragsgleiche und entgegengesetzte Kraft.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was das Coulombpotential aussagt.

Antwort anzeigen

Antwort

Es beschreibt die Fähigkeit eines elektrischen Feldes Arbeit an Ladungen zu verrichten.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die Größen, die Einfluss auf das Coulombpotential haben.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Ladung Q der felderzeugenden Punktladung und der Abstand r zu dieser Ladung.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe den Verlauf der Feldlinien eines elektrischen Feldes.

Antwort anzeigen

Antwort

Sie verlaufen von der positiven zur negativen Ladung und stehen senkrecht auf den Ladungsoberflächen.

Frage anzeigen

Frage

Benenne die grafische Darstellungsform des elektrischen Potentials und beschreibe den Verlauf.

Antwort anzeigen

Antwort

Das elektrische Potential wird mithilfe von Äquipotentiallinien verdeutlicht. Die Äquipotentiallinien stehen senkrecht auf den Feldlinien und zeigen, wo im Feld gleiche Potentiale herrschen.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe, was der Poynting-Vektor aussagt.

Antwort anzeigen

Antwort

Er beschreibt die Richtung und Dichte des Energieflusses im elektromagnetischen Feld.

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