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Elektrische Ladungen
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Der Elektromagnetismus konzentriert sich auf die Eigenschaft von Partikeln, die wir als elektrische Ladung bezeichnen. Diese Ladung kann positiv oder negativ sein und ist in der Regel ein ganzzahliges Vielfaches einer elementaren Ladungseinheit, die der Ladung eines Elektrons entspricht.
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Elektrische Ladungen
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Der Elektromagnetismus konzentriert sich auf die Eigenschaft von Partikeln, die wir als elektrische Ladung bezeichnen. Diese Ladung kann positiv oder negativ sein und ist in der Regel ein ganzzahliges Vielfaches einer elementaren Ladungseinheit, die der Ladung eines Elektrons entspricht.
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Beispiele
Wenn wir einen Kamm reiben und uns dann Papierst cken n hern, werden wir sehen, dass der Kamm diese anzieht:
Dies liegt an der Tatsache, dass wir beim Reiben Lasten vom Kamm auf das Objekt bekommen, mit dem wir es reiben, positiv polarisiert sind oder Lasten des Objekts absorbieren, mit dem es gerieben wird, und negativ geladen sind.
Das Laden des Kamms f hrt dazu, dass sich die Papierladungen trennen, die gleichen entfernen und sich den unterschiedlichen n hern. Das liegt daran
>Dieselben Vorzeichen werden abgesto en.
und
>Gegengesetzes Vorzeichen ziehen sich an.
Wenn die polarisierten Papiere verbleiben und die entgegengesetzten Ladungen angezogen werden, haften die Papiere am Kamm.
Wenn der geladene K rper getrennt wird, f hrt die Absto ung zwischen gleichen Ladungen dazu, dass diese sich ber die Oberfl che des Leiters verteilen:
Damit dies geschehen kann, m ssen sich die Ladungen innerhalb des K rpers bewegen k nnen. Stephen Gray [1] identifizierte diese Art von Material und stellte fest, dass sie elektrische Ladungen leiten. Andererseits gibt es Materialien, in denen keine Bewegung der Ladungen stattfindet, die als Isolatoren beschrieben werden.
[1] "Documented experiments - not a formal paper" (Dokumentierte Experimente, kein formelles Papier), Stephen Gray, Philosophical Transactions of the Royal Society, 1729-1730
Wenn Sie sich einem belasteten K rper einem anderen n hern, in dem sich die Lasten bewegen k nnen (Leiter), entsteht eine Polarisation:
Entgegengesetzte Ladungen werden angezogen, w hrend diejenigen, die denen des sich n hernden K rpers entsprechen, abgesto en werden.
Wenn ein geladenes Objekt einem Leiter angen hert wird, polarisiert sich der Leiter, wobei sich die entgegengesetzten Ladungen dem geladenen Objekt n hern. Beim Kontakt werden die Ladungen bertragen, wodurch ein Teil der Ladungen des geladenen Objekts neutralisiert wird und ein berschuss an Ladungen im Leiter verbleibt:
Dieses Ph nomen h ngt auch damit zusammen, dass sich gleichartige Ladungen (positive oder negative) absto en, w hrend sich ungleichartige Ladungen anziehen. Dieses Prinzip wurde von Charles-Augustin de Coulomb [1] in seiner Untersuchung der Kr fte zwischen elektrischen Ladungen eingef hrt.
[1] "Premier M moire sur l lectricit et le Magn tisme" (Erstes Memoire ber Elektrizit t und Magnetismus), Charles-Augustin de Coulomb, Acad mie Royale des Sciences in Paris, 1785.
Ein K rper kann neutral oder polarisiert sein, indem positive Ladungen von negativen getrennt werden. Diese Trennung ist jedoch so, dass die gleiche Anzahl positiver Ladungen wie negative erzeugt wird. Dies ist ein Spiegelbild von:
Die Summe der positiven und negativen Ladungen im Universum bleibt erhalten.
Dies bedeutet, dass die Last selbst nicht erhalten bleibt. Mit anderen Worten, eine positive Ladung kann 'verschwinden', solange eine negative Ladung 'verschwindet'. Ebenso kann eine positive Ladung nur insoweit 'erzeugt' werden, als gleichzeitig eine negative Ladung 'erzeugt' wird.
Wenn wir mit Objekten experimentieren, k nnen wir feststellen, dass es eine Eigenschaft gibt, die wir load nennen k nnen und die folgende Eigenschaften hat:
• Sie k nnen aus dem Nichts 'erschaffen' werden, sofern sie die gleiche Anzahl von positiven wie negativen 'erschaffen' werden, was einer Lasterhaltung entspricht
• In einigen Medien, die wir Leiter nennen, k nnen diese Lasten verschoben werden
• Die Ladungen erzeugen Kr fte , die absto end (gleiche Ladungen) oder Lockstoffe (entgegengesetzte Ladungen) sein k nnen.
Eine zus tzliche Eigenschaft ist, dass die Ladungen nur diskrete Werte annehmen k nnen, wobei der Einheitswert die Ladung des Elektrons ist.
Ein klassisches Beispiel f r die Erhaltung der Ladung tritt auf, wenn ein Photon in einem Gammastrahl ein Teilchenpaar bestehend aus einem Elektron und einem Positron erzeugt. Das urspr ngliche Photon tr gt keine Ladung, w hrend das Elektron eine Ladung von -1.6e-19 Coulomb (negativ) und das Positron, das Antimaterie-Gegenst ck des Elektrons, eine Ladung von +1.6e-19 Coulomb (positiv) hat.
Dieses Ph nomen konnte in den alten Nebelkammern beobachtet werden, die von Physikern zur Untersuchung von Teilchen verwendet wurden:
In diesen Kammern induzieren die Teilchen Kondensation im ges ttigten Wasserdampf und hinterlassen sichtbare Spuren. Da die Kammer in einem Magnetfeld platziert ist, werden die elektrischen Ladungen abgelenkt und erzeugen spiralf rmige Bilder. Da sie entgegengesetzte Ladungen haben, dreht sich ein Teilchen in die eine Richtung, w hrend das andere sich in die entgegengesetzte Richtung dreht.
Das Elektron wurde von J.J. Thomson [1,2] entdeckt, der auch dessen Ladung $e$ bestimmte, die gleich $-1.6\times 10^{-19}C$ ist. Daher kann der Anzahl der Elektronen ($n_e$) aus die Ladung aller Elektronen ($Q_e$) dividiert durch die Elektronenladung ($e$) bestimmt werden, was ergibt:
[1] "Cathode Rays" (Kathodenstrahlen), J.J. Thomson, Philosophical Magazine, 1897
[2] "On the Charge of Electricity Carried by the Ions Produced by R ntgen Rays" ( ber die elektrische Ladung der durch R ntgenstrahlen erzeugten Ionen), J.J. Thomson, Philosophical Magazine, 1897
Svante Arrhenius postulierte in seiner Doktorarbeit [1], dass es Teilchen mit mehrfachen Elektronenladungen gibt, die als Ionen bezeichnet werden. Daher h ngt ihre Anzahl von der Gesamtladung und dem Vielfachen der Elektronenladung ab. Somit wird der Anzahl der k-Typ-Ionen ($n_{i,k}$) berechnet aus die Ladung der Ionen i ($Q_i$), geteilt durch die Ladung jedes Ions, die die Elektronenladung ($e$) betr gt, multipliziert mit die Wertigkeit ($z$):
[1] "Recherches sur la conductibilit galvanique des lectrolytes" (Forschungen ber die galvanische Leitf higkeit von Elektrolyten), Svante Arrhenius, Doktorarbeit, 1884
Die Ladung ($Q$) insgesamt kann berechnet werden, indem der Anzahl der Elektronen ($n_e$) mit die Elektronenladung ($e$) multipliziert und zur Summe von der Anzahl der k-Typ-Ionen ($n_{i,k}$), multipliziert mit die Wertigkeit ($z$), hinzugef gt wird, wobei diese Zahl anschlie end mit die Elektronenladung ($e$) multipliziert wird:
Da sich entgegengesetzte Ladungen gegenseitig aufheben, ist es nicht m glich, die Gesamtzahl der Ladungen zu bestimmen, noch wie viele davon positiv oder negativ sind.
Der Anzahl der Elektronen ($n_e$) kann aus die Ladung aller Elektronen ($Q_e$) dividiert durch die Elektronenladung ($e$) bestimmt werden, was ergibt:
Der Anzahl der k-Typ-Ionen ($n_{i,k}$) wird berechnet aus die Ladung der Ionen i ($Q_i$) geteilt durch die Ladung jedes Ions, die die Elektronenladung ($e$) betr gt, multipliziert mit die Wertigkeit ($z$):
Die Ladung ($Q$) insgesamt kann berechnet werden, indem man der Anzahl der Elektronen ($n_e$) multipliziert mit die Elektronenladung ($e$) und die Summe von der Anzahl der k-Typ-Ionen ($n_{i,k}$) multipliziert mit die Wertigkeit ($z$) addiert, wobei diese Zahl mit die Elektronenladung ($e$) multipliziert wird:
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