Artikel über die elektrische Ladung in Atomen
Betrachten Sie einen Gegenstand in Ihrer Umgebung. Wenn Sie einen Gegenstand zerstören, beispielsweise einen Stein, zerfällt dieser in kleinere Stücke. Wird ein Teil des Steins erneut zerstört, zerfallen die Steinstücke wieder in kleinere Teile. Was passiert, wenn der Stein ein drittes Mal zerstört wird? Natürlich wird er noch kleiner. Können Steine in unendlich viele kleinere Teile zerlegt werden? Die Realität zeigt, dass ein Gegenstand, der in immer kleinere Teile zerlegt wird, irgendwann an einen Punkt gelangt, an dem der kleinste Teil des Gegenstands nicht mehr weiter zerteilt werden kann. Dieser kleinste unteilbare Teil eines Gegenstands wird Atom genannt. Atome sind also die kleinsten Bestandteile aller Materie im Universum.
Atome bestehen aus Elektronen, Protonen und Neutronen. Protonen und Neutronen bilden Atomkerne mit einer Länge von etwa 10⁻¹⁵ Metern. Die Elektronen befinden sich außerhalb des Atomkerns und bewegen sich um ihn herum, ähnlich wie Planeten um die Sonne kreisen. Geht man davon aus, dass der Durchmesser des Atoms einige Kilometer beträgt, so ist der Atomkern etwa so groß wie eine Billardkugel.
Die Elektronen befinden sich zwischen dem Atomkern und erreichen einen Abstand von etwa 10⁻¹⁰ Metern . Zwischen dem Atomkern und einem Elektron befindet sich Raum.
Negativ geladene Elektronen befinden sich am Rand von Atomen, während sich die positiv geladenen Protonen im Atomkern befinden. Damit die Elektronen um den Atomkern kreisen und nicht entweichen, muss der positiv geladene Atomkern eine Anziehungskraft auf sie ausüben. Diese Kraft, die die Elektronen im Atomkern hält und sie daran hindert, sich vom Atom zu trennen, wird als elektrische Kraft bezeichnet.
Andererseits befinden sich im Atomkern positiv geladene Protonen, die sich aufgrund ihrer gleichen Ladung gegenseitig abstoßen. Damit die Protonen im Kern zusammenbleiben und sich nicht vom Atom trennen, muss eine Kraft wirken, die sie vereint. Diese Kraft, die die Protonen im Atomkern zusammenhält, wird Kernkraft genannt.
Die Protonenmasse ist nahezu identisch mit der Neutronenmasse. Etwa 99.9 % der Atommasse befinden sich im Atomkern, während Elektronen nur sehr geringe Massen besitzen. Masse des Elektrons (me) = 9.1093897 × 10⁻³¹ kg , Masse des Neutrons (mn) = 1.6749286 × 10⁻²⁷ kg , Masse des Protons (mp) = 1.6726231 × 10⁻²⁷ kg.
Die Strommenge
Elektronen sind negativ geladen, Protonen positiv und Neutronen neutral. Protonen und Neutronen bestehen aus Quarks, deren Ladung etwa ± 1/3 bzw. ± 2/3 der Elektronenladung entspricht. Quarks sind die kleinsten Bausteine von Atomen, bisher konnte jedoch noch kein einzelnes Quark nachgewiesen werden.
Die Elementarladung (Elektronen- oder Protonenladung) ist die Grundeinheit der Ladung. Die elektrische Ladung eines Objekts ist ein Vielfaches der Elektronen- oder Protonenladung. Dies wird als gequante Ladung bezeichnet. Wenn beispielsweise der kleinste Bruchteil der von uns verwendeten Währung 1 ist, dann ist der Geldbetrag, den eine Person in Vielfachen dieses Bruchteils angegeben hat, 1. Zum Beispiel: Mein Geldbetrag ist 2 und 3.
Die Elementarladung eines Elektrons beträgt –e, die eines Protons +e. Die Gesamtladung eines Objekts ist ein Vielfaches von e oder 1.60 × 10⁻¹⁹ Coulomb und kann durch Q = ± Ne ausgedrückt werden. Dabei ist Q die Anzahl der Ladungen, ± steht für die Ladungsart, N ist eine ganze Zahl und e = 1.60 × 10⁻¹⁹ Coulomb.
Elektrische Ladung in Objekten
Besitzt ein Atom genauso viele Elektronen wie Protonen, ist seine Gesamtladung null, und es ist neutral. Die Anzahl der Protonen oder Elektronen in einem neutralen Atom wird als Ordnungszahl (Z) bezeichnet. Sind mehr Elektronen als Protonen vorhanden, ist das Atom negativ geladen. Sind es weniger, ist es positiv geladen. Negativ geladene Atome heißen negative Ionen, positiv geladene positive Ionen. Die Aufnahme oder Abgabe von Elektronen durch ein Atom wird als Ionisation bezeichnet. Wenn von einer Ladung die Rede ist, ist die Nettoladung gemeint. Ein Atom mit beispielsweise 10 Elektronen und 7 Protonen ist negativ geladen, da es 3 Elektronen im Überschuss besitzt. Die Nettoladung beträgt also 3, und diese Art der Atomladung ist negativ. Die Zahlen 3, 7 und 10 dienen lediglich der Veranschaulichung. Tatsächlich ist die elektrische Ladung eines Objekts ein Vielfaches der Elektronenladung bzw. der Protonenladung.
Besitzt ein Objekt genauso viele Elektronen wie Protonen, ist es neutral, also elektrisch ungeladen. Besitzt es mehr Elektronen als Protonen, ist es negativ geladen; besitzt es weniger Elektronen als Protonen, ist es positiv geladen. Neutrale Objekte können negativ geladen werden, indem man ihnen Elektronen hinzufügt. Umgekehrt können sie positiv geladen werden, indem man ihnen Elektronen entzieht.
