Ladung Q

Elektrisch geladene Körper

Um die Elektrizitätslehre zu verstehen, muss man sich erstmal den Aufbau eines Körpers klarmachen. Dieser Text würde eher zu Chemie gehören, ist jedoch aus Verständnisgründen hier angebracht.
Jeder Körper besteht aus Teilchen. Die kleinsten, nicht mehr teilbaren Teilchen, werden Atome genannt. Sie setzen sich zusammen aus einem Atomkern und einer Atomhülle. Im Atomkern befinden sich positiv geladene Protonen sowie (neutrale) Neutronen. In der Atomhülle hingegen befinden sich die Elektronen. Diese sind negativ geladen.

Ein Atom ist elektrisch NEUTRAL, wenn die Anzahl der Protonen gleich ist mit der der Elektronen. Sind mehr Elektronen vorhanden, ist das Atom negativ geladen. Sind mehr Protonen vorhanden, ist es positiv geladen.

Aus dem Periodensystem der Elemente (kurz: PSE) kann man einiges entnehmen. Wir werden das jetzt einmal anhand eines Beispiels demonstrieren: Kohlenstoff (C)

Kohlenstoffatome sind Festkörper (oder auch "solide"). Sie gehören zu den Nichtmetallen. Die rote 6 neben dem großen C ist die so genannte Ordnungszahl. Die Atome im PSE sind alle geordnet. Das Ordnungskriterium war dabei die Atommasse. Wasserstoff hat z.B. eine Atommasse von 1 mol. Daher steht es auch an erster Stelle (oben links) des PSE.
Über der Ordnungszahl siehst du eine blaue 12. Diese ist die Atommasse in u (Unit, Einheit). Ein Kohlenstoffatom wiegt also 12u. Um das in Gramm umzurechnen, wird folgende Formel genutzt:

1u = 1,660565 ^. 10^-24

Diese beiden Angaben (Masse und Ordnungszahl) sind sehr gut gebrauchbar. Die Ordnungszahl gibt nämlich noch mehr an. Sie entspricht der Anzahl der Protonen sowie der der Neutronen im Atomkern. Es gibt also im Kern 6 Protonen und 6 Neutronen. Da Elektronen praktisch kein Eigengewicht haben, setzt sich die Atommasse aus der Masse der Protonen und die der Neutronen zusammen. Also heißt das:

Atommasse = Neutronen + Protonen | - Protonen
<=>Neutronen = Atommasse - Protonen

Somit haben wir also beim Kohlenstoff-Atom 12 - 6 = 6 Neutronen in der Atomhülle. Da die Anzahl von Protonen und Elektronen gleich ist, ist das gesamte Atom neutral. Das Atom ist in etwa folgendermaßen aufgebaut:

(Vereinfachte Darstellung!)

Die elektrische Ladung als Größe

Die elektrische Ladung eines Körpers gibt an, wie groß sein Elektronenüberschuss bzw. -mangel ist. Das Formelzeichen für die Ladung ist Q. Die Einheit ist A^.s = C (Coulomb). Sie wurde nach dem französischen Naturforscher Charles Augustin Coulomb benannt. Die elektrische Ladung ist ein Vielfaches der Elementarladung e.

Dabei gilt:
e = 1,602 ^. 10^-19 C
Um die Ladung eines Körpers zu berechnen, benötigt man noch zusätzlich die Anzahl der Ladungen (N) des Körpers. Es gilt:
Q = N ^. e
Je nachdem, ob ein Körper positiv oder negativ geladen ist, kann man dem Zahlenwert der Ladung ein positives oder negatives Vorzeichen geben.

Rechenbeispiel
Ein Körper hat eine negative Ladung von 0,1C.
-> Wie groß ist der Elektronenüberschuss?

Gegeben: Q = 0,1C; e = 1,602 ^. 10^-19C;
Gesucht: N
Es gilt: Q = N ^. e | : e
<=>^Q / _e = N

Einsetzen: N = 0,1C : 1,602 ^. 10^-19C
Mit dem Taschenrechner kommt man also auf:
<=> N = 6,242 ^. 10¹⁷

Wir haben also einen Überschuss von 6,242 ^. 10¹⁷ Elektronen.