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Bewegte Ladungen

Elektrische Ladung oder auch bewegte Ladung ist eine physikalische Eigenschaft von Materie, die sich in der Form zeigt, dass sie in einem elektromagnetischen Feld eine Kraft erfährt. Es gibt zwei Arten elektrischer Ladung: positive und negative (üblicherweise von Protonen bzw. Elektronen getragen), die in Elementarteilchen auftreten. Gleiche Ladungen stoßen sich gegenseitig ab und ungleiche Ladungen ziehen sich gegenseitig an. Ein Objekt ohne Ladung wird als neutral bezeichnet. Frühes Wissen darüber, wie geladene Substanzen interagieren, wird heute als klassische Elektrodynamik bezeichnet, die zumindest teilweise noch immer ihre Gültigkeit besitzt, zumindest dort, wo keine Quanteneffekte berücksichtigt werden müssen.

Definition bewegter Ladungen

Die elektrische Ladung eines Elementarteilchens ist eine feststehende Eigenschaft, die Nettoladung eines isolierten Systems. Die Menge der positiven Ladung abzüglich der Menge der negativen Ladung, kann sich nicht ändern. Elektrische Ladung wird von subatomaren Partikeln getragen. In der gewöhnlichen Materie werden die negative Ladung von Elektronen und die positive Ladung von den Protonen in den Atomkernen bestimmt. Wenn ein Stück Materie mehr Elektronen als Protonen enthält, hat es eine negative Ladung, wenn es weniger gibt, hat es eine positive Ladung und wenn es die jeweils gleiche Anzahl enthält, ist es neutral. Die Ladung wird quantisiert, sie kommt in ganzzahligen Vielfachen einzelner kleiner Einheiten vor, die als Elementarladung bezeichnet werden, etwa 1,602 × 10-19 Coulomb, was die kleinste Ladung ist, die frei existieren kann (Teilchen, die Quarks genannt werden, haben kleinere Ladungen, Vielfache von 1 / 3e, Sie kommen jedoch nur in Kombination vor und bilden immer Teilchen mit ganzzahliger Ladung. Das Proton hat eine Ladung von + e und das Elektron hat eine Ladung von -e. Elektrische Ladungen erzeugen elektrische Felder. Eine sich bewegende Ladung erzeugt auch ein Magnetfeld. Die Wechselwirkung elektrischer Ladungen mit einem elektromagnetischen Feld (Kombination von elektrischen und magnetischen Feldern) ist die Quelle der elektromagnetischen Kraft (Lorentz-Kraft), die eine der vier fundamentalen Kräfte in der Physik ist. Die Untersuchung photonenvermittelter Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen wird als Quantenelektrodynamik bezeichnet. Die vom SI abgeleitete elektrische Ladungseinheit ist das nach dem französischen Physiker Charles-Augustin de Coulomb benannte Coulomb (C). In der Elektrotechnik ist es auch üblich, die Amperestunde (Ah) zu verwenden; In der Physik und Chemie ist es üblich, die Elementarladung (e als Einheit) zu verwenden. Die Chemie verwendet auch die Faraday-Konstante als Ladung eines Mols Elektron. Das Kleinbuchstaben-Symbol q (für quantum) bezeichnet häufig Ladung.

Geschichte

Seit der Antike waren die Menschen mit Phänomenen vertraut, die heute alle mit dem Konzept der elektrischen oder bewegten Ladung erklärt werden können, etwa der Blitz während eines Gewitters, der Zitteraal, das Polarlicht oder die statische Aufladung von Bernstein, dessen griechische Bezeichnung Elektron einer ganzen Naturwissenschaft ihren Namen verlieh. Der erste Bericht über den Bernsteineffekt wird dem antiken griechischen Mathematiker Thales von Milet zugeschrieben, der von 624 bis 546 v. Chr. lebte. Im Allgemeinen haben die alten Griechen die Zusammenhänge zwischen den Arten von Phänomenen nicht verstanden, dafür fehlten aber auch die technischen Grundlagen. Die Griechen beobachteten, dass durch Reibung mit einem Fell oder einem Tuch aufgeladener Bernstein leichte Gegenstände wie Haare anziehen konnte. Sie fanden auch heraus, dass sie, wenn sie den Bernstein lange genug rieben, sogar einen elektrischen Funken erzeugten.

Aus wissenschaftlicher Sicht betrachtet wurde das Phänomen der bewegten Ladung in den weiteren Jahrhunderten überwiegend über den Magneten behandelt, wobei der Franzose Petrus Peregrinus de Maricourt im 13. Jahrhundert als erster die magnetische Polarität beschrieb. Erst zum Ende des 18. Jahrhunderts vertiefte sich die Elektrizitätslehre mit Forschungen von Joseph Priestley und Charles Augustin de Coulomb und fand mit den Untersuchungen von Michael Faraday in den 1830er-Jahren einen Höhepunkt, da er feststellte, das die elektrische oder bewegte Ladung eine Grundeigenschaft der Materie ist.

Quizfragen zum Thema

  1. Was ist die Lorentzkraft?

    Ladungen in einem magnetischen oder elektrischen Feld sind einer Kraft ausgesetzt, die nach dem niederländischen Physiker und Mathematiker Hendrik Antoon Lorentz benannt ist. Die Lorentzkraft wirkt senkrecht zur Bewegungsrichtung einer Ladung sowie zu den Magnetfeldlinien.

  2. Beschreibe das elektrische Kraftgesetz

    Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige Ladungen ziehen sich an

  3. Wie sind elektrische Feldlinien ausgerichtet?

    E-Feldlinien starten bei positiven Ladungen und enden bei negativen Ladungen

  4. Wie sind magnetische Feldlinien ausgerichtet?

    Magnetische Feldlinien besitzen weder Anfang noch Ende. Sie sind immer geschlossene Kurven.

  5. Wie entstehen magnetische Felder?

    Magnetfelder werden von sich bewegenden elektrischen Ladungen erzeugt.


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