Erzeugung einer Ladung

Elektrische Ladung – Entstehung

Im folgenden Text wird die elektrische Ladung auf einfache Weise erklärt. Dabei wird häufig von der Erzeugung einer elektrischen Ladung gesprochen, doch streng genommen werden elektrische Ladungen nicht erzeugt, sie befinden sich bereits überall. Jedoch sind Ladungen nach außen hin meist nicht spürbar. Es ist bei der Erzeugung von elektrischer Ladung also immer die Erzeugung elektrisch spürbarer Ladung gemeint.

Wie lautet die Definition der elektrischen Ladung?

Die elektrische Ladung gibt die Größe des Elektronenmangels oder Elektronenüberschusses eines Körpers an. Das Formelzeichen der elektrischen Ladung ist $q$ oder $Q$. Die elektrische Ladung wird in der Einheit Coulomb $\left(\pu{C}\right)$ angegeben.

Wie entsteht elektrische Ladung?

Um zu verstehen, was elektrische Ladung ist, müssen wir uns noch einmal in Erinnerung rufen, was Atome sind. Alles besteht aus Atomen. In ihnen befinden sich elektrisch geladene Teilchen. Der Kern der Atome ist positiv geladen, wohingegen die Hülle um den Kern herum negativ geladen ist. Im Kern sitzen Neutronen und positiv geladene Protonen fest beieinander. Um den Kern herum befinden sich negativ geladene Teilchen, die Elektronen. Elektronen können sich in der Hülle deutlich freier bewegen als die Neutronen und Protonen im Kern. Die Elektronen können sich zwischen verschiedenen Atomen hin- und herbewegen. Sie versuchen jedoch, die positive Ladung der Atomkerne gleichmäßig auszugleichen. Somit ist von außen häufig keine Ladung spürbar. Erst durch eine Ladungstrennung wird eine spürbare elektrische Ladung erzeugt.

Was ist Ladungstrennung?
Werden die Elektronen von den Atomkernen getrennt und sammeln sich an einer Stelle an, so wird eine spürbare elektrische Ladung erzeugt. Dieser Vorgang wird Ladungstrennung genannt.

Wie kann ein Körper elektrisch geladen werden?

Erzeugen einer elektrischen Ladung durch Reibung
Bei Stoffen wie Gummi, Plastik und Wolle funktioniert die Ladungstrennung einfach durch Reibung. Betrachten wir die Trennung von elektrischer Ladung am Beispiel eines Luftballons:

Reibt man einen Luftballon über die Haare einer Person, so werden die Elektronen in den Haaren in Bewegung versetzt und auf den Luftballon abgestreift. In den Haaren herrscht nun ein Elektronenmangel. Im Luftballon hingegen herrscht ein Elektronenüberschuss. Die Haare sind nun also positiv geladen, wohingegen der Luftballon negativ geladen ist.

• Elektronenmangel: positiv geladen
• Elektronenüberschuss: negativ geladen

Da die Elektronen gewandert sind und sich dadurch die Ladungen der beiden Körper verändert haben, nennt man sie auch Ladungsträger. Unter dem Begriff Ladungsträger versteht man in der Physik elektrisch geladene Teilchen, die die elektrische Ladung transportieren – wie zum Beispiel Elektronen.

Für elektrisch geladene Körper gilt:

• Positive und negative Ladungen ziehen sich gegenseitig an, da die Elektronen die Ladungstrennung schnell ausgleichen möchten.
• Gleiche Ladungen stoßen sich ab.

Diese gegenseitige Anziehung sorgt dafür, dass die Haare nun am Luftballon kleben. Doch auch dann, wenn der Luftballon entfernt wird, stehen die Haare weiterhin vom Kopf ab. Das liegt daran, dass sich gleichnamige Ladungen abstoßen. Die einzelnen Haare stoßen sich also voneinander ab, da sie alle positiv geladen sind.

Erzeugen einer elektrischen Ladung durch bereits elektrisch geladene Körper
Bereits geladene Körper können in anderen Körpern auch ohne Reibung eine Ladungstrennung hervorrufen. Dieser Prozess wird Influenz genannt. Bringt man einen geladenen Körper in die Nähe eines anderen Körpers, so wird durch die Abstoßung gleicher Ladungen eine Ladungstrennung erzeugt. So entsteht im Körper eine positive Seite mit Elektronenmangel und eine negative Seite mit Elektronenüberschuss.

Beispiel:
Mit dem negativ geladenen Luftballon können nun kleine Papierschnipsel angezogen werden. Bringt man den Luftballon in die Nähe der Papierschnipsel, so sorgt die Influenz dafür, dass sich in den Papierschnipseln positiv und negativ geladene Seiten ausbilden. Die positiv geladenen Seiten werden von dem negativ geladenen Luftballon angezogen. Bei der Berührung mit dem Luftballon entladen sich die Papierschnipsel und fallen kurz darauf wieder herunter.

Bei der Entladung kommt es dazu, dass der Elektronenmangel oder Elektronenüberschuss wieder ausgeglichen wird. Somit fließen die Elektronen entweder ab oder sie fließen zurück in den Körper. Wird ein Körper an der Erdoberfläche entladen, so nennen wir diesen Prozess Erden. Das funktioniert, da die Erde einen riesigen Vorrat an leicht beweglichen Elektronen besitzt. Ein kleiner Ladungsunterschied kann also unmittelbar ausgeglichen werden. Dieser Unterschied ist für die Erde unmessbar klein, weshalb sie als elektrisch neutral betrachtet werden kann.

Erzeugung einer elektrischen Ladung – Zusammenfassung

Die folgenden Stichpunkte fassen noch einmal die wichtigsten Informationen zur Erzeugung der elektrischen Ladung zusammen.

• Die elektrische Ladung gibt an, wie groß der Elektronenüberschuss oder Elektronenmangel eines Körpers ist.
• Elektrische Ladungen ergeben sich aus der Verteilung von Elektronen um die Atomkerne.
• Bei der Ladungstrennung sammeln sich die negativ geladenen Elektronen an einer Stelle an.
• Reibung und Influenz können zu einer Ladungstrennung führen.
• Bei der Entladung werden die Elektronen abgeleitet und Strom fließt.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Erzeugung einer Ladung