Was ist die Elementarladung?
Antwort #1
Die Elementarladung ist eine Naturkonstante und ist die kleinste, frei existierende elektrische Ladung in unserem Universum. Die Elementarladung wird mit dem Buchstaben \( e \) notiert. Sie hat den folgenden exakten Wert:
Die Einheit der Elementarladung \(e\) ist Coulomb oder auch Amperesekunde:
Einheit der ElementarladungAnker zu dieser Formel $$ \begin{align} \mathrm{C} ~=~ \mathrm{As} \end{align} $$Die Ladung kommt in der Natur quantisiert vor. Das heißt: Alle anderen elektrisch geladenen Körper tragen ein Vielfaches der Elementarladung. Wenn der Körper die Ladung \(Q\) (Betrag) trägt, dann setzt sich \(Q\) aus \(N\) Elementarladungen zusammen:
Jede Ladung ist ein Vielfaches der ElementarladungAnker zu dieser Formel $$ \begin{align} Q ~=~ N \, e \end{align} $$Quarks haben einen Bruchteil der Elementarladung, kommen aber nicht frei in der Natur vor.
Der Wert der Elementarladung kann beispielsweise mit dem Millikan-Experiment bestimmt werden. Eine genauere Methode zur Messung der Elementarladung nutzt den Quanten-Hall-Effekt und Josephson-Effekt aus. In dem einen Experiment wird die von Klitzing Konstante \(R_{\text K}\) bestimmt und im anderen Experiment die Josephson-Konstante \(K_{\text J}\). Daraus lässt sich der Wert der Elementarladung berechnen:
Elementarladung mittels Quanten-Hall-Effekt und Josephson-EffektAnker zu dieser Formel $$ \begin{align} e ~=~ \frac{2}{R_{\text K} \, K_{\text J}} \end{align} $$Die Elementarladung legt in unserem Unviersum fest, wie stark sich Elementarteilchen anziehen und abstoßen.
Anziehung und Abstoßung von geladenen Teilchen Die Elementarladung kann nicht vernichtet werden. Es gilt die Ladungserhaltung in unserem Universum.
In der folgenden Tabelle sind einige Teilchen aufgezählt und welche Ladung sie haben.
| Teilchen | Ladung |
|---|---|
| Elektron | \(-e\) (Definition) |
| Proton | \(e\) |
| Positron | \(e\) |
| Neutron | \(0\) |
| Down-Quark | \(-\frac{1}{3}\,e\) |
| Up-Quark | \(\frac{2}{3}\,e\) |