Elementarladung

Physikalische Konstante
Name Elementarladung
Formelzeichen e
Größenart Elektrische Ladung
Wert
SI 1,602 176 634 · 10−19 C
Unsicherheit (rel.) (exakt)
Quellen und Anmerkungen
Quelle SI-Wert: CODATA 2018

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 {\tfrac  {1}{3}}e oder \pm {\tfrac  {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

{\displaystyle e=1{,}602\,176\,634\cdot 10^{-19}\,\mathrm {C} }

wobei dieser Wert – wie schon 1983 bei der Lichtgeschwindigkeit geschehen – auf der Generalkonferenz für Maß und Gewicht im November 2018 mit Wirkung zum 20. Mai 2019 exakt festgelegt wurde. Der genaue Zahlenwert wurde so gewählt, dass er mit den besten damaligen Messergebnissen übereinstimmte.

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.

Zusammenhang mit anderen Größen

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

{\displaystyle 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 1{,}602\cdot 10^{{-19}}\,{\mathrm  J}
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 20.06. 2019