Die Grundlagen der Elektrizität und subatomare Teilchen

Elektrische Phänomene und Ladungen

Wenn man bestimmte Materialien aneinander reibt, können zwei elektrische Phänomene beobachtet werden: die Anziehung oder die Abstoßung. Charles du Fay beobachtete die Existenz dieser zwei Klassen von elektrischen Erscheinungen.

Methoden der Elektrisierung

Elektrisierung durch Kontakt

Tritt ein, wenn ein isolierter, ungeladener Körper in Berührung mit einem bereits geladenen Körper kommt. Um dies zu untersuchen, verwenden wir oft ein elektrisches Pendel. Diese Experimente zeigen, dass der Körper, der in Kontakt mit anderen Einrichtungen gekommen ist, ebenfalls elektrisiert bleibt.

Elektrisierung durch Induktion

Um einen Körper zu elektrisieren, ist es nicht zwingend erforderlich, dass er Körperkontakt hat. Es genügt, wenn sich ein geladener Körper in der Nähe befindet (näher, aber nicht berührend).

Elektrische Ladung

Die elektrische Ladung ist die Menge an Elektrizität, die ein Körper besitzt, und wird in Coulomb gemessen. Zwei Körper, die die gleiche Ladung erworben haben, stoßen sich ab, während Körper mit unterschiedlicher Ladung sich anziehen.

Die Entdeckung subatomarer Teilchen

Elektrisierungsphänomene zeigten, dass das Atom aus anderen Partikeln bestand.

J. J. Thomson und das Elektron (1897)

Im Jahr 1897 untersuchte J. J. Thomson die elektrische Leitfähigkeit von Gasen. Er verwendete Glasröhren, die mit Metallplatten (Elektroden) ausgestattet waren und ein Gas unter sehr geringem Druck enthielten.

Er beobachtete: Wenn eine hohe Spannung zwischen der positiven und der negativen Metallplatte angelegt wurde, erschien ein schwaches Leuchten an der Röhrenwand gegenüber der negativen Elektrode oder Kathode.

Thomson schloss daraus, dass Partikel von der negativen Elektrode emittiert wurden, die zur positiven Elektrode strebten: die Kathodenstrahlen.

Er ermittelte das Ladung-Masse-Verhältnis (1,759 · 10¹⁰ C/g) dieser negativen Teilchen. Dieses Verhältnis war unabhängig vom Gas in der Röhre, was zeigte, dass es sich um noch kleinere Teilchen in Atomen handelte – die Elektronen. (Die Elementarladung wurde später von R. Millikan zu 1,602 · 10⁻¹⁹ C bestimmt.)

E. Goldstein und das Proton (1886)

Bereits 1886 hatte E. Goldstein beobachtet, dass, wenn eine ähnliche Gasentladungsröhre verwendet wurde und die Kathode perforiert war, ein anderes Leuchten auf der gegenüberliegenden Seite erschien, das zur Anode strebte.

Diese Strahlen erhielten den Namen Anodenstrahlen und bestehen aus positiv geladenen Teilchen.

Im Gegensatz zu den Kathodenstrahlteilchen werden die Anodenstrahlen nicht von der Anode emittiert, sondern entstehen durch positiv geladene Teilchen im Gas. Diese positiv geladenen Teilchen in der Röhre hatten die gleiche Ladung wie das Elektron, aber eine Masse, die etwa 1836-mal größer war. Diese Teilchen wurden als Protonen bezeichnet.