Elementarladung

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Physikalische Konstante
Name Elementarladung
Formelzeichen
Größenart Elektrische Ladung
Wert
SI
Unsicherheit (rel.)
Quellen und Anmerkungen
Quelle SI-Wert: CODATA 2014 (Direktlink)

Die Elementarladung (Symbol: ) 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 . So besitzen zum Beispiel das Elektron und das Myon die Ladung , ein Proton und ein Positron besitzen die Ladung . Die Quarks des Standardmodells besitzen zwar Ladungen von oder , kommen aber nicht als freie Teilchen vor. Siehe hierzu das Confinementphänomen der Quarks.

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

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]

Auf der Generalkonferenz für Maß und Gewicht im November 2018 wurde unter anderem die Definition für die Maßeinheit Ampere mit Wirkung zum 20. Mai 2019 neu festgelegt. Das Ampere wird hierbei über die Elementarladung pro Zeit definiert. Damit wird die Elementarladung in SI-Einheiten exakt festgelegt:[3][4]

.

Zusammenhang mit anderen Größen

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

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:

Weblinks

 Wiktionary: Elementarladung – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 21. Juli 2015. Wert für die Elementarladung in der Einheit Coulomb.
  2. NIST: The fine-structure constant and quantum Hall effect
  3. Jens Simon: Ein neues Fundament für alle Maße. PTB, 26. März 2015, abgerufen am 17. November 2018.
  4. Beschlossen: Das Kilogramm wird neu definiert. MDR, 16. November 2018, abgerufen am 17. November 2018.