Die volle Ladung

Nachdem wir uns im letzten Post mit Spannung beschäftigt haben, stehen heute die Begriffe "Ladung" und "Strom" im Mittelpunkt.

Im Post "Mehr Power..." habe ich bereits das sogenannte "Bohr'sche Atommodell" vorgestellt. Um es noch einmal in Erinnerung zu rufen hier noch einmal der alte Text, aber dafür mit neuem Bild:
Atome bestehen aus 3 Teilen, den Elektronen mit negativer Ladung in der sogenannten Atomhülle sowie den Protonen mit positiver Ladung und den Neutronen ohne Ladung im sogenannten Atomkern . In einem elektrisch neutralen Atom gibt es genau so viele Elektronen (also negative Ladung) wie Protonen (positive Ladung). Und "Irgendetwas" ist elektrisch neutral, wenn alle seine Teile elektrisch neutral sind, zumindest grob gesprochen.




Damit sind wir also beim ersten Begriff, der Ladung.

Wie beschrieben trägt alle Materie positive und negative Ladungsträger. Als Ladung bezeichnet man die Summe aller Ladungsträger, wobei sich je ein positiver und ein negativer Ladungsträger in ihrer wirkungsweise gegenseitig aufheben. Die Ladungsträger im Atom tragen also eine gleich große aber entgegengesetzte Ladung.
Wenn etwas geladen ist, gibt es einen Überschuss einer Ladungsträgersorte.
So etwas kennen wir von der sogenannten "Statischen Aufladung", die wir beispielsweise in manchem Kaufhaus zu spüren bekommen, wenn wir das metallne Treppengeländer berühren. Aus der Schulzeit kennt man sicher auch den Trick mit den Papierschnipseln und dem Geodreieck oder dem geriebenen Bernstein.
Übrigens: Bereits die alten Griechen kannten den Trick mit dem Bernstein. Und weil diese faszinierenden Effekte das erste Mal an Bernstein beobachtet wurde, stand er bei der Namensgebung des Wissenschaftsgebiets und der charakteristischen Vorsilbe für Phänomene dieses Gebists, insbesondere aber für das Elektron Pate. Denn das (alt)griechische Wort für Bernstein ist "Elektron (ἤλεκτρον)".

Von der Ladung ist es nicht mehr weit zum Strom:

Wie wir wissen, sind Ladungen bestrebt an Orte zu gelangen, die entgegengesetzt geladen sind. Zwischen sochen Orten herrscht eine "Potentialdifferenz" oder "Spannung". Und wenn möglich werden die Ladungen auch zu solchen Orten fließen. Und das Wort "fließen" kündigt schon an, dass sich hinter diesem Verhalten der Begriff des Stroms verbirgt.

Der Strom I ist die Menge der Ladung Q, die in einer bestimmten Zeit t fließt.
I=Q/t

Das war es im Prinzip auch.
Aber es gibt noch eine Sache, die man klären muss: Welche Ladung fließt eigentlich?

Würden beide Ladungen fließen, würden sie sich wahrscheinlich irgendwo in der Mitte treffen. Das wäre etwas problematisch. Und es ist auch nicht so.
Die großen und schweren Atomkerne sind nicht in der Lage sich durch Leitungen oder ähnliches zu bewegen. Es wäre auch schlimm, wenn es anders wäre. Die leichten und kleinen Elektronen lassen sich jedoch unter Aufwand von Energie von den Kernen trennen und sind in der Lage, Materie zu durchdringen, also durch Drähte zu fließen. Durch die Ladungstrennung erhält man also gleich beides, bewegliche Ladungen und die Substanz, die sie anzieht. Man muss nur dafür sorgen, dass die Elektronen keinen kürzeren und bequemeren Weg zu den Atomen zurückfinden und sich deshalb notgedrungen durch den Stromkreis quälen.

Um das ganze vollends verwirrend zu machen, hat man die Stromrichtung aber genau anders herum definiert...
Es macht im Prinzip keinen Unterschied in der Betrachtung, ob sich positive Ladungen von hier nach da, oder negative Ladungen von da nach hier bewegen. Irgendwann wurde definiert, dass sich der Strom vom Plus- zum Minuspol bewege. Man spricht heute von der "technischen Stromrichtung" und in sehr breiten Bereichen, vom Ingenieurwesen bis zum Elektroinstallateur, wird die Stromflussrichtung auf diese Weise angegeben. Erst später fand man heraus, dass sich nur die negativ geladenen Elektronen durch die Leitungen hindurch bewegen können und die tatsächliche Stromrichtung (auch physikalische Stromrichtung) genau entgegengesetzt der gängigen Stromrichtung ist. Zwar ändert das in der Physik der Elektrizität nicht viel, aber es ist ein interessantes Beispiel wie stur Menschen an althergebrachtem festhalten, selbst wenn inzwischen klar ist, dass es nicht richtig ist.


Zusammenfassung:
Ist das Ladungsgleichgewicht gestört, sprechen wir davon, dass irgend etwas Ladung trägt oder geladen ist. Diese Ladungen sind bestrebt zu entgegengesetzten Ladungen zu fließen und das Ladungsgleichgewicht wieder herzustellen. Ist das möglich fließt ein (Ladungs-)Strom zwischen den unterschiedlich geladenen Orten.

Als Nächstes betrachten wir den Weg der Ladung etwas genauer und lernen etwas über den Widerstand und das Ohm'sche Gesetz.


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