Einheit der Ladung Mit einem Elektroskop (77.1, 77.2) kann man Ladungen direkt vergleichen. Einfache Elektroskope kann man selbst bauen, für genaue Messungen sind sie nicht geeignet, stattdessen benutzt man meist elektronische Geräte. Die Einheit der elektrischen Ladung heißt Coulomb (C). Experiment: Elektroskop 77.1 Du brauchst: transparente Kunststoffflasche mit Verschluss oder Gurkenglas mit Deckel, Kupferdraht (Durchmesser mind. 1,5 mm), Streifen Alu-Folie Baue ein einfaches Elektroskop wie in 77.1. E2 a) Übertrage elektrische Ladungen. Beobachte, wie sich der Alustreifen verhält. E3 b) Erkläre die Beobachtung! Elementarladung Der amerikanische Physiker RoberT A. Millikan (1868–1953) konnte 1910 zeigen, dass positive und negative elektrische Ladungen immer ganzzahlige Vielfache einer kleinsten elektrischen Ladung, der Elementarladung e, sind. Seither wurde die Elementarladung mit immer größerer Genauigkeit gemessen. Im SI-System hat sie nun als Naturkonstante einen festen Wert, der in der Einheit Coulomb angegeben wird. Wert der elektrischen Elementarladung: e ≈ 1,6·10 −19 C Jede elektrische Ladung ist ein ganzzahliges Vielfaches von e. Jedes Elektron besitzt eine negative Elementarladung, jedes Proton besitzt eine positive Elementarladung. Die Maßeinheit der elektrischen Ladung heißt Coulomb. Quarks: Heute gelten Protonen und Neutronen nicht mehr als elementare Bausteine der Atomkerne, sondern aus Quarks mit elektrischen Ladungen 2/3 e bzw. 1/3 e zusammengesetzt. Beobachtet werden aber nur Teilchen mit ganzzahligen Ladungen. Warum einzelne Quarks nicht beobachtet werden können, ist Thema in Physik 8. Untersuche, überlege, forsche: Ladung von Atomen 77.1 W2 Welche Konsequenz hätte es für Atome, Moleküle und feste Körper, wenn die elektrischen Ladungen von Elektron und Proton nicht genau den gleichen Betrag hätten? Ladungserhaltung Die Physik sucht nach allgemein gültigen Prinzipien der Natur. Ein wichtiges Prinzip ist der Erhaltungssatz der elektrischen Ladung. Erhaltungssatz der elektrischen Gesamtladung Die gesamte elektrische Ladung eines abgeschlossenen Systems ist konstant. Der Erhaltungssatz der elektrischen Ladung hat sich bisher bei jedem Vorgang im Universum als gültig erwiesen. Wenn elektrische Ladungen von einem Körper auf einen anderen übergehen, dann ändert sich insgesamt weder die Zahl der Elektronen noch die der Protonen, die Gesamtladung bleibt gleich. Weniger selbstverständlich ist, dass auch bei der Erzeugung und dem Zerfall von Elementarteilchen die Gesamtladung konstant bleibt. Beispielsweise zerfällt beim Betazerfall eines radioaktiven Atomkerns ein Neutron in ein Proton und ein Elektron (plus ein neutrales „Neutrino“), die Summe der Ladungen bleibt null. Abb. 77.3 zeigt anhand von V-förmigen Spuren die Erzeugung von Paaren positiver und negativen Teilchen beim Zerfall von neutralen Teilchen. 77.1 Elektroskop zum Selbstbau. Am waagrechten Teil des Drahts hängt der Alustreifen, die beiden Hälften dürfen sich nicht berühren. 77.2 Elektroskop mit Skala für quantitative Experimente 77.3 Ladungserhaltung in der Elementarteilchenphysik. Die Bahnen geladener Teilchen werden in Detektoren sichtbar. Durch Kollisionen werden auch neutrale Teilchen erzeugt. Bei deren Zerfall in elektrisch geladene Teilchen erfolgt dies immer paarweise mit entgegengesetzten Ladungen. 77 E-Lehre 1 Ladung und Spannung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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