Ladung (elektrische Ladung)

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In der Physik ist die Ladung, auch als elektrische Ladung, elektrische Ladung oder elektrostatische Ladung bezeichnet und mit q symbolisiert, eine Eigenschaft einer Materieeinheit, die ausdrückt, inwieweit sie mehr oder weniger Elektronen als Protonen besitzt. In Atomen trägt das Elektron eine negative Elementar- oder Einheitsladung, das Proton eine positive Ladung. Die beiden Ladungstypen sind gleich und entgegengesetzt.

In einem Atom entsteht eine elektrische Ladung, wenn die Anzahl der Protonen im Kern von der Anzahl der Elektronen, die den Kern umgeben, abweicht. Gibt es mehr Elektronen als Protonen, ist das Atom negativ geladen. Wenn es weniger Elektronen als Protonen gibt, ist das Atom positiv geladen. Die von einem Atom getragene Ladung ist immer ein Vielfaches der Elementarladung, d. h. der Ladung, die ein einzelnes Elektron oder ein einzelnes Proton trägt. Ein Teilchen, Atom oder Objekt mit negativer Ladung hat eine negative elektrische Polarität; ein Teilchen, Atom oder Objekt mit positiver Ladung hat eine positive elektrische Polarität.

In einem Objekt, das aus vielen Atomen besteht, ist die Nettoladung gleich der arithmetischen Summe der Ladungen aller Atome zusammen, wobei die Polarität berücksichtigt wird. In einer massiven Probe kann dies eine beträchtliche Menge an Elementarladungen ausmachen. Die Einheit der elektrischen Ladung im Internationalen Einheitensystem ist das Coulomb (symbolisiert als C), wobei 1 C etwa 6,24 x 1018 Elementarladungen entspricht. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Objekte in der realen Welt Ladungen von vielen Coulomb aufweisen.

Ein elektrisches Feld, auch elektrisches Feld oder elektrostatisches Feld genannt, umgibt jedes Objekt, das Ladungen aufweist. Die Stärke des elektrischen Feldes in einem bestimmten Abstand von einem Objekt ist direkt proportional zur Ladungsmenge des Objekts. In der Nähe eines Objekts mit fester elektrischer Ladung nimmt die elektrische Feldstärke proportional zum Quadrat des Abstands vom Objekt ab (d. h. sie folgt dem Gesetz des umgekehrten Quadrats).

Wenn zwei Objekte mit elektrischer Ladung in die Nähe des jeweils anderen gebracht werden, entsteht zwischen ihnen eine elektrostatische Kraft. (Diese Kraft ist nicht zu verwechseln mit der elektromotorischen Kraft, die auch als Spannung bezeichnet wird.) Wenn die elektrischen Ladungen die gleiche Polarität haben, ist die elektrostatische Kraft abstoßend. Sind die elektrischen Ladungen von entgegengesetzter Polarität, ist die elektrostatische Kraft anziehend. Wenn im freien Raum (Vakuum) die Ladungen zweier nahe beieinander liegender Objekte in Coulomb q1 und q2 sind und die Zentren der Objekte durch einen Abstand r in Metern getrennt sind, wird die Nettokraft F zwischen den Objekten in Newton durch die folgende Formel angegeben:

F = (q1q2) / (4 oder2)

wobei o die Dielektrizitätskonstante des freien Raums ist, eine physikalische Konstante, und das Verhältnis des Umfangs eines Kreises zu seinem Durchmesser ist, eine dimensionslose mathematische Konstante. Eine positive Nettokraft ist abstoßend, eine negative Nettokraft ist anziehend. Diese Beziehung ist als Coulombsches Gesetz bekannt.

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