Elementarladung

Die Elementarladung (Symbol: $e$) ist die kleinste frei existierende elektrische Ladungsmenge. Die Ladung freier Teilchen und von Materiemengen beträgt entweder Null oder ein ganzzahliges (positives oder negatives) Vielfaches von $e$. So besitzen zum Beispiel das Elektron und das Myon die Ladung $-e$, ein Proton und ein Positron besitzen die Ladung $+e$. Die Quarks des Standardmodells besitzen zwar Ladungen von $\pm \frac{1}{3}e$ oder $\pm \frac{2}{3}e$, kommen aber nicht als freie Teilchen vor. Siehe hierzu das Confinementphänomen der Quarks.

Die Elementarladung ist eine Naturkonstante. Ihr Wert (in Coulomb) beträgt^[1]

$e=\mathrm{1,602}1766208(98)\cdot {10}^{-19}\mathrm{C}$

wobei die eingeklammerten Ziffern die Unsicherheit in den letzten Stellen des Wertes bezeichnen, diese Unsicherheit ist als geschätzte Standardabweichung des angegebenen Zahlenwertes vom tatsächlichen Wert angegeben und beträgt somit 0,0000000098 · 10⁻¹⁹ C.

Der Wert der Elementarladung ist maßgeblich für die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung, siehe Feinstrukturkonstante.

Dass die Ladung eine feste kleinste Einheit hat, wurde im 19. Jahrhundert aufgrund elektrochemischer Reaktionen vermutet. Präzise bestimmt wurde die Größe der Elementarladung erstmals von dem Physiker Robert Andrews Millikan mit dem nach ihm benannten Öltröpfchenversuch. Unter anderem für diese Arbeit erhielt Millikan 1923 den Nobelpreis. Moderne Bestimmungen der Feinstrukturkonstanten und damit der Elementarladung bedienen sich z. B. des Quanten-Hall-Effektes.^[2]

Es wird daran gearbeitet, die SI-Einheit der Ladungsmenge als Vielfaches der Elementarladung festzulegen,

$1\mathrm{C}=6,24\dots \cdot {10}^{18}e$,

siehe Avogadro-Projekt.

Zusammenhang mit anderen Größen

Durch Multiplikation der Elementarladung mit der Avogadro-Konstante ergibt sich die Faraday-Konstante, die in der Elektrochemie eine Rolle spielt.

$F=N_{\mathrm{A}}\cdot e\approx 96485\frac{\mathrm{C}}{\mathrm{mol}}$

In der Teilchenphysik werden Energien von Teilchen häufig in der Einheit Elektronvolt (eV) angegeben. Ein Elektronvolt ist die Energie, die eine Elementarladung (z. B. ein Elektron) beim Durchlaufen einer Beschleunigungsspannung von 1 Volt erhält. Es gilt die Umrechnung:

$1\mathrm{eV}=e\cdot 1\mathrm{V}\approx \mathrm{1,602}\cdot {10}^{-19}\mathrm{J}$

Weblinks

Wiktionary: Elementarladung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

es:Carga eléctrica#Carga eléctrica elemental