Eine elektrische Ladung ist eine physikalische Eigenschaft, die die Fähigkeit von Körpern bestimmt, eine Quelle elektromagnetischer Felder zu sein. Diese Art von Partikeln hat die Fähigkeit, aufgrund des von ihnen erzeugten elektromagnetischen Feldes miteinander zu interagieren und Abstoßungs- und Anziehungskräfte zu erzeugen.
Die Einheit der elektrischen Ladung im Internationalen Einheitensystem (SI) ist Coulomb: eine elektrische Ladung, die mit einem Strom von 1 Ampere für 1 Sekunde durch den Querschnitt eines Leiters fließt.
Die elektrische Ladung eines Körpers ist ausnahmslos eine relativistische Eigenschaft. Sie hängt nicht vom Bezugssystem ab, das heißt, es kommt nicht darauf an, ob sich diese Ladung bewegt oder ruht.
Das Prinzip der Ladungserhaltung besagt, dass die elektrische Ladung in einem isolierten System weder erzeugt noch vernichtet wird.
Elektrische Phänomene sind Phänomene, an denen elektrische Ladungen beteiligt sind. Die beiden Wissenschaften, die diese Phänomene in der Physik untersuchen, sind:
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Die Elektrostatik untersucht die Wirkung von Punktladungen im Ruhezustand.
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Die Elektrodynamik untersucht die Wirkung elektrischer Ladungen in Bewegung.
Arten von elektrischen Verbrauchern
Es gibt zwei Arten von elektrischen Ladungen:
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positiv geladene Protonen. Objekte, die eine positive Ladung haben, haben eine größere Anzahl von Protonen als Elektronen.
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negativ geladene Elektronen. Elemente mit negativer Ladung haben eine größere Anzahl von Elektronen als Protonen.
Protonen und Elektronen sind die zwei kleinsten elektrischen Ladungen, die getrennt beobachtet wurden. Neben dem Neutron (das keine Ladung hat) befinden sich die Unterteilchen, aus denen Atome bestehen.
Was ist eine elektrische Elementarladung?
Eine Elementarladung ist die kleinste elektrische Ladung, die in der Natur vorkommen kann. Dieser Wert einer Elementarladung „e“ entspricht der Ladung eines Protons oder eines Elektrons mit einem Wert von 1,60217653 × 10 -19 C. Aus diesem Grund tritt die elektrische Ladung nur in ganzzahligen Vielfachen der Elementarladung e auf.
Ladungen, die keine Vielfachen von e sind , treten nur auf Quarks auf . Dies sind Elementarteilchen, deren Ladung ein Vielfaches von e / 3 ist. Quarks wurden jedoch nie einzeln beobachtet.
Das Elektron
Das Elektron ist ein subatomares Teilchen mit einer Ruhemasse von 9,10938356 × 10 -31 kg, was etwa 1/1836 der Masse des Protons entspricht.
Innerhalb eines Atoms scheinen sich Elektronen um den Kern zu bewegen.
Das Proton
Das Proton ist zusammen mit dem Neutron Teil des Atomkerns. Die Ordnungszahl ( Z ), nach der die chemischen Elemente im Periodensystem klassifiziert werden, gibt die Anzahl der Protonen an, die ein Atom besitzt.
Das Proton selbst ist stabil. Ein freies Proton hat die Tendenz, sich mit einem Elektron zu verbinden und zu neutralem Wasserstoff zu werden.
Gesetz der elektrischen Ladung: Elektrostatische Kräfte
Das Coulombsche Gesetz drückt die Anziehung oder Abstoßung geladener Objekte in Ruhe aus. Ladungen gleichen Vorzeichens stoßen sich durch elektrische Kräfte ab und solche mit entgegengesetztem Vorzeichen ziehen sich an. Elektrische Ladungen können verursachen:
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Ein elektrisches Feld, unabhängig von seinem Bewegungszustand.
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Ein magnetisches Feld, wenn sie sich bewegen, bildet sich ein elektrischer Strom. Ein Magnetfeld übt eine Lorentzkraft auf eine Ladung quer zur Feldrichtung aus. Dies ist die Ursache für das Phänomen der Induktion, das durch das Faradaysche Gesetz beschrieben wird.
Spannung und Kapazität elektrischer Verbraucher
Die Abstoßungskraft zwischen zwei elektrischen Ladungen nimmt mit dem Quadrat des Abstands zwischen den Teilchen ab. Durch Hinzufügen geladener Teilchen zu einem elektrischen Leiter verringert sich der Abstand zwischen den Teilchen. Daher wird mehr Energie benötigt, um eine zusätzliche Last hinzuzufügen. Dies ist das elektrische Potential oder die Spannung des Leiters, ausgedrückt in Volt (V).
Elektrische Kondensatoren werden verwendet, um Energie zu speichern. Diese Elemente nutzen die Anziehungskraft zwischen entgegengesetzt geladenen Teilchen auf zwei benachbarten Leitern, um die Abstoßungskraft gleich geladener Teilchen in jedem Leiter auszugleichen.
Die Ladung kann auch in einer vom Boden isolierten Metallkugel gespeichert werden. Die maximale Ladungsmenge auf elektrisch geladenen Kugeln hängt linear von der Größe dieser Kugel ab.
