Elektrische Ladung
Elektrische Ladung ist eine grundlegende Eigenschaft von Elektronen, Protonen und anderen subatomaren Teilchen. Elektronen sind negativ geladen, während Protonen positiv geladen sind. Dinge, die negativ geladen sind, und Dinge, die positiv geladen sind, ziehen sich gegenseitig an (ziehen sich an). Dies führt dazu, dass Elektronen und Protonen aneinander haften und Atome bilden. Dinge, die die gleiche Ladung haben, stoßen sich gegenseitig weg (sie stoßen sich ab). Dies nennt man das Gesetz der Ladungen. Es wurde von Charles-Augustin de Coulomb entdeckt. Das Gesetz, das beschreibt, wie stark Ladungen sich gegenseitig anziehen und schieben, wird als Coulombsches Gesetz bezeichnet.
Dinge, die die gleiche Anzahl von Elektronen und Protonen haben, sind neutral. Dinge, die mehr Elektronen als Protonen haben, sind negativ geladen, während Dinge mit weniger Elektronen als Protonen positiv geladen sind. Dinge mit der gleichen Ladung stoßen sich gegenseitig ab. Dinge, die unterschiedliche Ladungen haben, ziehen sich gegenseitig an. Wenn möglich, gibt derjenige mit zu vielen Elektronen genügend Elektronen ab, um die Anzahl der Protonen desjenigen zu erreichen, der für seine Ladung an Elektronen zu viele Protonen hat. Wenn gerade genug Elektronen vorhanden sind, um den zusätzlichen Protonen zu entsprechen, ziehen sich die beiden Dinge nicht mehr gegenseitig an. Wenn sich Elektronen von einem Ort, an dem es zu viele gibt, zu einem Ort bewegen, an dem es zu wenige gibt, nennt man das elektrischen Strom.
Wenn eine Person mit den Füßen auf einem Teppich aufschlurft und dann einen Türknauf aus Messing berührt, kann sie einen elektrischen Schlag bekommen. Wenn genügend zusätzliche Elektronen vorhanden sind, kann die Kraft, mit der diese Elektronen sich gegenseitig wegstoßen, ausreichen, um einige der Elektronen über eine Lücke zwischen der Person und dem Türknauf springen zu lassen. Die Länge des Funkens ist ein Maß für die Spannung oder den "elektrischen Druck". Die Anzahl der Elektronen, die sich pro Zeiteinheit von einem Ort zum anderen bewegen, gemessen als Stromstärke oder "Elektronenflussrate".
Wenn eine Person eine positive oder negative Ladung erhält, kann dies dazu führen, dass sich die Haare der Person aufrichten, weil die Ladungen in jedem Haar es von den anderen Haaren wegschieben.
Die elektrische Ladung, die man spürt, wenn man einen Schock von einem Türknauf oder einem anderen Gegenstand bekommt, beträgt normalerweise zwischen 25.000 und 30.000 Volt. Der elektrische Strom fließt jedoch nur kurzzeitig, so dass der Elektronenfluss durch den Körper der Person keinen physischen Schaden verursacht. Andererseits haben Wolken, wenn sie sich elektrisch aufladen, noch höhere Spannungen und die Stromstärke (die Anzahl der Elektronen, die bei einem Blitzschlag fließen) kann sehr hoch sein. Das bedeutet, dass Elektronen aus einer Wolke auf die Erde (oder von der Erde auf eine Wolke) springen können. Wenn diese Elektronen durch eine Person hindurchgehen, kann der elektrische Schlag verbrennen oder töten.
Historisches Experiment
Das folgende Experiment wird von James Clerk Maxwell in seinem Werk A Treatise on Electricity and Magnetism (1873) beschrieben. Normalerweise sind Glas und Harz beide neutral geladen. Wenn sie jedoch aneinander gerieben und dann getrennt werden, können sie sich gegenseitig anziehen.
Wenn ein zweites Stück Glas mit einem zweiten Stück Harz abgerieben wird, werden folgende Dinge sichtbar:
- Die beiden Glasstücke stoßen sich gegenseitig ab.
- Jedes Stück Glas zieht jedes Stück Harz an.
- Die beiden Harzstücke stoßen sich gegenseitig ab.
Wenn ein geladenes und ein ungeladenes Objekt zusammengebracht werden, wird die Anziehungskraft sehr schwach sein.
Körper, die in der Lage sind, Dinge auf diese Weise anzuziehen oder abzustoßen, werden als "elektrifiziert" oder "elektrisch geladen" bezeichnet. Wenn zwei verschiedene Substanzen aneinander gerieben werden, entsteht eine elektrische Ladung, weil eine von ihnen der anderen Elektronen gibt. Der Grund dafür ist, dass die Atome in den beiden Substanzen eine ungleiche Anziehungskraft für Elektronen haben. Daher wird dasjenige, das mehr Elektronen anziehen kann, demjenigen, das eine geringere Anziehungskraft hat, Elektronen entziehen. Wenn Glas gegen etwas anderes gerieben wird, kann es entweder Elektronen abgeben oder aufnehmen. Was passiert, hängt davon ab, was die andere Sache ist.
Dinge, die Elektronen aufgenommen haben, werden als "negativ geladen" bezeichnet, und Dinge, die Elektronen abgegeben haben, werden als "positiv geladen" bezeichnet. Für diese Bezeichnungen gibt es keinen besonderen Grund. Es ist einfach eine willkürliche (zufällige Auswahl) Konvention (Vereinbarung).
Neben der Elektrifizierung durch Reibung können Körper auch auf viele andere Arten elektrifiziert werden.
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Fragen und Antworten
F: Was ist elektrische Ladung?
A: Elektrische Ladung ist eine grundlegende Eigenschaft von Elektronen, Protonen und anderen subatomaren Teilchen. Elektronen sind negativ geladen, während Protonen positiv geladen sind. Dinge, die die gleiche Ladung haben, stoßen sich gegenseitig ab (sie stoßen sich ab).
F: Wer hat das Gesetz der Ladungen entdeckt?
A: Das Ladungsgesetz wurde von Charles-Augustin de Coulomb entdeckt.
F: Was beschreibt das Coulombsche Gesetz?
A: Das Coulombsche Gesetz beschreibt, wie stark Ladungen aneinander ziehen und aufeinander drücken.
F: Wie unterscheiden sich neutrale Objekte von Objekten mit positiven oder negativen Ladungen?
A: Objekte, die eine gleiche Anzahl von Elektronen und Protonen haben, sind neutral, während Dinge, die mehr Elektronen als Protonen haben, negativ geladen sind, und Dinge, die weniger Elektronen als Protonen haben, positiv geladen sind.
F: Was passiert, wenn zwei Objekte mit unterschiedlichen Ladungen miteinander in Kontakt kommen?
A: Wenn zwei Objekte mit unterschiedlichen Ladungen in Kontakt kommen, ziehen sie sich gegenseitig an - wenn möglich, wird das Objekt mit zu vielen Elektronen genügend Elektronen abgeben, um die Anzahl der Protonen des Objekts mit zu vielen Protonen für seine Ladung an Elektronen auszugleichen. Wenn es gerade genug Elektronen gibt, um die zusätzlichen Protonen auszugleichen, dann ziehen sich die beiden Dinge nicht mehr an.
F: Wie entsteht ein elektrischer Strom?
A: Wenn sich Elektronen von einem Ort, an dem es zu viele gibt, zu einem Ort bewegen, an dem es zu wenige gibt, spricht man von einem elektrischen Strom.
F: Warum können Elektroschocks in manchen Fällen gefährlich sein, in anderen aber nicht?
A: Der Stromschlag, den man spürt, wenn man von einer Türklinke oder einem anderen Gegenstand einen Schlag bekommt, hat normalerweise eine Spannung von 25.000 bis 30.000 Volt; da der Strom jedoch nur kurz fließt, verursacht er keine körperlichen Schäden. Andererseits haben Wolken, wenn sie sich elektrisch aufladen, eine noch höhere Spannung und die Stromstärke (die Anzahl der Elektronen, die bei einem Blitzeinschlag fließen) kann sehr hoch sein - das bedeutet, dass diese Hochspannungs-/Hochstrom-Elektronen, wenn sie durch einen Menschen hindurchgehen, diesen verbrennen oder töten können.
