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Elektrische Ladung
- Elektrische Ladung, Formeln (3:08 Minuten)
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Aufbau eines Atoms
Atome sind Grundbausteine der Materie, jeder Körper besteht aus Atomen bzw. Molekülen.
Der Aufbau eines Atoms kann grob unterteilt werden in den Atomkern, welcher aus elektrisch neutralen Neutronen und positiv geladenen Protonen besteht und der Atomhülle, welche aus den negativ geladenen Elektronen besteht. Die Elektronen befinden sich nach dem Bohrschen Atommodell auf Kreisbahnen um den Kern.
Die Neutronen sind aufgrund ihrer elektrischen Neutralität für die elektrische Ladung eines Körpers unwichtig und werden daher in den weiteren Skizzen nicht eingezeichnet.
Elektrische Ladung eines Atoms
Die Ladung eines Atoms ergibt sich aus der Summe der positiven Ladungen minus der Summe der negativen Ladungen, also der Anzahl der Protonen minus der Anzahl der Elektronen. Hat ein Atom mehr Protonen als Elektronen, ist es positiv geladen, hat es mehr Elektronen als Protonen ist es negativ geladen. Hat ein Atom genauso viele Elektronen wie Protonen, so ist es elektrisch neutral.
Die folgende Animation zeigt ein Natrium- und ein Chloratom. Beide sind im normalerweise elektrisch neutral. Bei bestimmten elektrochemischen Vorgängen kann es aber dazu kommen, dass sie Elektronen aufnehmen oder abgeben.
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Geladene Atome werden als Ionen bezeichnet, positive geladene nennt man Kationen und negativ geladene Anionen.
Kationen haben einen Elektronenmangel und Anionen einen Elektronenüberschuss.
Größe der elektrischen Ladung
Die elektrische Ladung ist eine physikalische Größe. Sie gibt an wie groß der Elektronenüberschuss bzw. -mangel ist.
Die elektrische Ladung ist immer einer Vielfaches der Elementarladung \( e \), der kleinsten frei existierenden Ladung. Ihr Wert beträgt:
$$ e = 1,602 \cdot 10^{-19} C $$$$ Q = N \cdot e \qquad \qquad \mathrm{Einheit:} \qquad \left[ 1 C \right] $$ \( N \) = Anzahl der Ladungen, \( e \) = Elementarladung
Die Ladung eines Elektrons ist ziemlich genau \( Q_e = -e \), die eines Protons \( Q_p = e \).
Das Natrium-Ion aus der obigen Animation hat also die Ladung \( Q_{Na^+} = e = 1,602 \cdot 10^{-19} C \) und das Chlorid-Ion hat die Ladung \( Q_{Cl^-} = -e = -1,602 \cdot 10^{-19} C \).
Quellen
- Wikipedia: Artikel über "Atomaufbau"
- Wikipedia: Artikel über "Bohrsches Atommodell"
Literatur
- Dorn/Bader Physik - Sekundarstufe II, S. 8 ff.
- English version: Article about "Electric Charge"