Elementarladung
Was verstehst du unter der Elementarladung und welche Einheit hat sie? Das erfährst du im Video und hier im Beitrag!
Was ist die Elementarladung?
Die Elementarladung e ist die kleinste elektrische Ladung, die ein freies Teilchen haben kann. Sie hat einen Wert von e = 1,602 176 634 · 10-19C (Coulomb).
Das Elektron hat eine Elementarladung von genau -e. Ein Proton hat eine Ladung von +e.
Für Berechnungen kannst du einfach einen gerundeten Wert nehmen:
- Ladung Elektron
– 1,602 · 10-19 Coulomb (C) - Ladung Proton + 1,602 · 10-19 Coulomb (C)
Elementarladung e
Du kannst dir die Elementarladung e wie einen Baustein vorstellen. Jede Ladung, die ein Körper haben kann, ist dabei aus mehreren von solchen gleichen Bausteinen zusammengesetzt. Das bedeutet, dass jede Ladung ein ganzzahliges Vielfaches der Elementarladung ist. Deshalb ergibt sich die Ladung eines Körpers Q aus der Anzahl der Ladungen N, mal der Elementarladung e:
![\[Q=N \cdot e\]](https://d1g9li960vagp7.cloudfront.net/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-32df23a8d0ac7f26d8c19a3e97bbc920_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Oft gibst du die Ladung von Körpern als Elektronenüberschuss oder Elektronenmangel an. Hat ein Körper zu viele Elektronen, ist er negativ geladen, bei zu wenigen Elektronen hingegen positiv. Wenn ein Körper beispielsweise 2 Elektronen zu viel hat, dann beträgt seine Ladung Q genau 2 Mal -e. Dadurch ist er mit 3,204 · 10-19 C negativ geladen.
Elementarladung Einheit
Die Elementarladung besitzt die Einheit Coulomb. Wenn wir die Elementarladung mit e bezeichnen und ihre Einheit mit [e], dann gilt also:
[e] = C
Übrigens: Manchmal wird für die Einheit Coulomb (C) auch Amperesekunde (As) verwendet. Davon solltest du dich nicht verwirren lassen, denn beide meinen das Gleiche. Es gilt also 1 C = 1 As.
Expertenwissen: Elektron, Proton und Quarks
Das sogenannte Standardmodell beschreibt alle uns bekannten Elementarteilchen. Dazu zählen beispielsweise Elektronen, Down-Quarks und Up-Quarks. Die Elementarladungen der Teilchen sind:
- Elektron = –e
- Down-Quarks =
e
- Up-Quarks =
e
Du hast die Elementarladung als kleinste elektrische Ladung kennengelernt. Wie kann es also sein, dass Quarks nur einen Teil der Elementarladung besitzen? Das liegt daran, dass Quarks nur in Gruppen auftreten. Ein Beispiel dafür ist das Proton.
Das Proton ist aus drei Quarks zusammengebaut: Es besteht aus zwei Up-Quarks und einem Down-Quark. Daraus ergibt sich die Ladungsmenge eines Protons:
![\[Q_{\text{Proton}} = 2 \cdot Q_{\text{up}} + 1 \cdot Q_{\text{down}} = 2 \cdot \frac{2}{3} \cdot e + 1 \cdot (-\frac{1}{3}) \cdot e = (\frac{4}{3} - \frac{1}{3}) \cdot e = +1 \cdot e\]](https://d1g9li960vagp7.cloudfront.net/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-b2684ee2e788d5ee0755fc0c1821f976_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Der Millikan-Versuch
Das Elektron besitzt eine elektrische Ladung von exakt –e. Robert Andrews Millikan hat im Jahr 1910 zum ersten Mal diesen Wert bestimmt. Das ist ihm mit dem Öltröpfchenversuch, den du bis heute auch Millikan-Versuch nennst, gelungen. Schau dir unser Video dazu an, um zu erfahren, wie genau der Versuch aufgebaut und durchgeführt wird!
