Die elektrische Ladung
Bevor man die aus dem Alltag bekannten Begriffe „Spannung“ oder „Strom“ verstehen will, sollte man sich zuallererst mit der elektrischen Ladung beschäftigen. In diesem Beitrag klären wir was elektrische Ladung ist, welche Eigenschaften sie hat und was sie bewirkt.
Was ist Ladung?
Mit der Ladung beginnt in der Elektrotechnik alles. So könnte man plakativ beschreiben, dass die elektrische Ladung absolut grundlegend für diverse elektrotechnische Vorgänge ist. Was hat es mit der Ladung auf sich?
Zum einen bezeichnet der Begriff „elektrische Ladung“ eine physikalische Größe mit dem Formelzeichen Q und der Einheit „Coulomb“ (Einheitenzeichen „C“). Zum Verständnis: Andere physikalische Größen sind zum Beispiel die Zeit mit ihrer Einheit Sekunden (Einheitenzeichen „s“) oder die Strecke mit ihrer Einheit Meter (Einheitenzeichen „m“).
Zum anderen ist die elektrische Ladung eine Eigenschaft von bestimmten Teilchen auf atomarer Ebene. Diese Teilchen sind Elektronen und Protonen. Sie sind wichtige Bestandteile von Atomen, aus welchen alle uns umgebende Materie besteht. Genauso wie Protonen und Elektronen die Eigenschaft haben, dass sie eine bestimmte Masse haben, haben sie auch die Eigenschaft eine bestimmte Ladung zu haben. Man nennt die Teilchen deshalb auch Ladungsträger. Protonen haben dabei eine positive Ladung, Elektronen eine negative Ladung. Die Ladungsmenge der beiden Teilchen ist die sogenannte Elementarladung e. Protonen besitzen die Ladungsmenge +e (eine positive Elementarladung) und Elektronen die Ladungsmenge –e (eine negative Elementarladung). Betragsmäßig sind die Ladungsmengen von Protonen und Elektronen also gleich. Der Wert einer einzelnen Elementarladung e lautet e = 1,6022 * 10 ^ -19 Coulomb, was ein unvorstellbar kleiner Wert ist, wie anhand der Zehnerpotenz erkennbar ist.
Eine elektrische Ladung(-smenge) Q basiert basiert immer auf einer Menge von Elementarladungen. Wenn man also von einer Ladung oder Ladungsmenge liest oder hört, dann kann man sich darunter eine (sehr) große Anzahl an Elektronen oder Protonen vorstellen, je nachdem, ob es sich um eine negative Ladung oder eine positiven Ladung handelt.
Welche Eigenschaften hat Ladung?
Die wichtigste Eigenschaft von Ladung ist, dass sowohl gleichnamige als auch gegensätzliche Ladungen Kräfte aufeinander ausüben. Gleichnamige Ladungen, also beispielsweise zwei Ladungsträger mit negativer Ladung, stoßen sich ab. Gegensätzliche Ladungen, also beispielsweise ein Ladungsträger mit positiver Ladung und ein Ladungsträger mit negativer Ladung, ziehen sich an. Dieser physikalische Zusamenhang wird „Coulomb-Gesetz“ genannt, nach dem französischen Physiker Charles Augustin Coulomb, der das Phänomen entdeckt hat. Die Anziehung und Abstoßung von Ladungen sind die Grundlage für viele elektrotechnische Zusammenhänge wie Spannung und Strom. Was es mit der Spannung auf sich hat, erfährst du im unten verlinkten Beitrag.
Merke: Protonen und Elektronen ziehen sich an, gleichnamige Ladungen stoßen sich ab (Coulomb-Gesetz).