Die elektrostatische Kraft
Elektrische LADUNG
LADUNGSMENGE, LADUNGSEINHEIT
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Woran denken sie beim Wort Ladung? Stellen Sie sich die Ladung eines Lastkraftwagens vor. Wie beschreiben Sie diese? Es genügt meist das "Was" und das "Wieviel". Das "Was" erklären sie mit Begriffen aus ihrer Erfahrungswelt (z.B. eine Ladung Kartoffel). Das "Wieviel" können sie u. A. in Stück, Volumen oder in Gewicht angeben. Elektrische Ladungen werden genau so beschrieben. Das "Was" können sie mit "elektrisch" und mit "positiv" oder "negativ" beantworten. Das "Wieviel" können sie in Ladungseinheiten oder der Anzahl Elementarladungen beantworten.
Die elektrische Ladung wird als Grunderscheinung der Elektrizität betrachtet. Ladungen können getrennt werden. Ladung kann weder erzeugt noch zerstört werden. (Ladungserhaltungssatz). Positive und negative Ladungen können einander neutralisieren. Das Gebiet erscheint dann nach außen hin elektrisch neutral.
Die elektrische Ladung Q eines Körpers gibt an, wie groß sein Elektronenüberschuss oder sein Elektronenmangel ist.
Die Ladung
kann auch als die Anzahl von Elementarladungen angegeben werden. Praktische
Bedeutung kommt dem in der Elektrotechnik allerdings nicht zu.
Für die Ladung von 1 Coulomb sind
6,24·1018 Elementarladungen erforderlich.
Für den Zahlenwert der Elementarladung ergibt sich e = 1,602177·10–19C.
Es kann zwischen freien und gebundenen Ladungsträgern unterschieden werden. Nur frei bewegliche Ladungsträger können Ladungen transportieren. In metallischen Leitern sind es Elektronen, welche Ladungen transportieren können. Werden Ladungsträger in einer Vorzugsrichtung bewegt, wird von einem elektrischen Strom gesprochen. Dies kann mit unterschiedlicher Stromstärke erfolgen.
Die in der Zeiteinheit durch einen Querschnitt bewegte elektrische Ladung, wird als die elektrische Stromstärke bezeichnet.
Die bewegte Ladung kann daher über Stromstärke und Zeit messtechnisch erfasst werden.
I
t
Elektrischer Strom
Zeit
A
s
Q = I · t
Die elektrische Ladung hat Mengencharakter. Die Ladung Q ist eine bestimmte Menge von Elementarladungen. Sie ist eine skalare Größe. Je nach dem ob ein Körper positiv oder negativ geladen ist, kann man dem Zahlenwert ein positives oder ein negatives Vorzeichen geben.
Die Ladung eines Körpers kann berechnet werden mit:
N
¯e
+e
Anzahl der Elementarladungen
negative Elementarladung
positive Elementarladung
dimensionslos
¯e
= 1,602177·10–19C
+e
= 1,602177·10–19C
Q = N · e
Das Formelzeichen der Ladung ist
Q. Die Einheit der Ladung ist das
Coulomb (1C).
Laut Gesetz über Einheiten im Messwesen ist definiert:
Die abgeleitete SI–Einheit der Elektrizitätsmenge oder elektrischen Ladung ist das Coulomb (Einheitenzeichen: C). 1 Coulomb ist gleich der Elektrizitätsmenge, die während der Zeit 1s bei einem zeitlich unveränderlichen Strom der Stärke 1A durch den Querschnitt des Leiters fließt.
Beispiele: 1kC = 103C, 1mC = 10–3C, 1µC = 10–6C.
Abgeleitete Einheiten der Elektrizitätsmenge sind auch alle Produkte, die aus einer gesetzlichen Einheit der Stromstärke und einer gesetzlichen Zeiteinheit gebildet werden.
Beispiele: 1Ah = 1A·1h = 1A·3600s = 3,6kC.
Positive Ladung: Besteht in einem Körper ein Elektronenmangel, so ist dieser Körper Träger einer positiven Ladung.
Negative Ladung: Besteht in einem Körper ein Elektronenüberschuss, so ist dieser Körper Träger einer negativen Ladung.