Wenn wir im Alltag davon sprechen, dass etwas „elektrisch geladen“ ist, dann meinen wir meist, dass es in der Lage ist, einen Strom fließen zu lassen. Physikalisch betrachtet handelt es sich bei einer elektrischen Ladung jedoch einfach um einen örtlichen Überschuss oder Mangel an Ladungsträgern. Genau das bezeichnet die physikalische Einheit „Coulomb“.
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Woher stammt die elektrische Ladung?
Eine elektrische Ladung ist nichts anderes als ein Überschuss oder Mangel an Ladungsträgern an einem bestimmten Ort. Da die elektrisch negativen Elektronen in der normalen Materie die einzigen frei beweglichen Ladungsträger sind, wird meist ihre Anzahl mit der der positiv geladenen Protonen im Atomkern verglichen, um eine Ladung zu bestimmen. Ein Atom, das ein Elektron mehr als die Zahl seiner Protonen hat, ist demnach negativ geladen; mit einem Elektron weniger als der Zahl der Protonen ist seine Gesamtladung positiv. Ebenso verhält es sich, wenn nicht ein einzelnes Atom, sondern ein Ort im Raum, z. B. der Minus- oder Pluspol einer Batterie, betrachtet wird.
Die Fähigkeit von Elektronen, eine Ladung in einem physikalischen System zu generieren, beruht auf einer ihrer Eigenschaften als Elementarteilchen, nämlich der Elementarladung e. Bestimmte Elementarteilchen, darunter das Elektron, verfügen über eine negative Elementarladung -1 e. Die Quarks, aus denen unter anderem die Protonen und Neutronen im Atomkern bestehen, haben hingegen eine Ladung von -1/3 e oder +2/3 e. Ein Proton besteht z. B. aus drei Quarks mit einer Ladung von +2/3 e, +2/3 e und -1/3 e, was zusammen eine Ladung von +1 e ergibt. Neutronen hingegen sind elektrisch neutral, da ihre Quarks die Ladungen +2/3 e, -1/3 e und -1/3 e haben, zusammen also 0 e.
Gemessen wird die elektrische Ladung in der Einheit Coulomb, benannt nach dem französischen Physiker Charles Augustin de Coulomb (1736 – 1806), dem Begründer der Elektrostatik und Magnetostatik. Die Einheit Coulomb (Einheitenzeichen: C) ist definiert durch die obengenannte Elementarladung. Dabei gilt gerundet: 1 C = 6,24 * 1018 e. Ein Coulomb entspricht also der Ladung von rund 6,24 Trillionen Elektronen. Oder andersherum: 1 e = 1,602 176 634 * 10-19 C.
Die Bedeutung elektrischer Ladungen im Alltag
Auf atomarer und subatomarer Ebene sind elektrische Ladungen eine der Voraussetzungen für den Zusammenhalt der Materie. Denn die elektromagnetische Kraft, die zwischen elektrisch geladenen Teilchen wie Elektronen und Protonen wirkt, bindet die Elektronen an den Atomkern und sorgt dafür, dass sich Atome und Moleküle zu Stoffen verbinden, anstatt einsam im Raum zu schweben.
Im Alltag sind elektrische Ladungen für uns jedoch vor allem an den Phänomenen des Magnetismus und des elektrischen Stroms erfahrbar. Beide basieren auf einer der wichtigsten Eigenschaften elektrischer Ladungen: Positive und negative Ladungen ziehen einander an, während sich gleichnamige Ladungen abstoßen. Aus diesem Grund haftet zum Beispiel ein Kühlschrankmagnet an der Kühlschranktür. Versuchst Du hingegen, die Rückseiten zweier solcher Magneten einander anzunähern, wirst Du feststellen, dass sich ihre gleichartigen Ladungen gegenseitig abstoßen.
Ein elektrischer Strom fließt, wenn zwei Orte mit unterschiedlicher elektrischer Ladung, zwischen denen also eine elektrische Spannung besteht, über ein leitfähiges Material miteinander verbunden sind. Zwischen diesen beiden Orten fließen Elektronen vom Ort des Überschusses dorthin, wo ein Mangel herrscht. Das tun sie solange, bis sich die elektrische Spannung abgebaut hat, bis also an beiden Orten die elektrische Ladung gleich ist.
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