Quelltext der Seite Elementarladung

{{Infobox Physikalische Konstante
| Name          = Elementarladung
| Formelzeichen = <math>e</math>
| Art           = [[Elektrische Ladung]]
| WertSI        = {{ZahlExp|1,602176634|−19|post=C}}
| Genauigkeit   = (exakt)
| Anmerkung     = Der Wert dient zur [[Internationales Einheitensystem#Neudefinition2019|Definition der SI-Einheiten]].<ref name="CGPM-26-1" />
}}

Die '''Elementarladung''' (Symbol: <math>e</math>) ist die kleinste frei existierende [[elektrische Ladung]]smenge. Die Ladung freier Teilchen und von Materiemengen beträgt entweder Null oder ein ganzzahliges (positives oder negatives) Vielfaches von <math>e</math>. So besitzen zum Beispiel das [[Elektron]] und das [[Myon]] die Ladung <math>-e</math>, ein [[Proton]] und ein [[Positron]] besitzen die Ladung <math>+e</math>. Die [[Quark (Physik)|Quarks]] des [[Standardmodell]]s besitzen zwar Ladungen von <math>-\tfrac{1}{3} e</math> oder <math>+\tfrac{2}{3} e</math>, kommen aber nicht als freie Teilchen vor (siehe  [[Confinement]]).

Die Elementarladung ist eine [[Physikalische Konstante|Naturkonstante]]. Ihr Wert ist maßgeblich für die Stärke der [[Elektromagnetische Wechselwirkung|elektromagnetischen Wechselwirkung]], siehe [[Feinstrukturkonstante]]. 

== Wert == 

Der Wert der Elementarladung beträgt
:<math>e = 1{,}602\,176\,634 \cdot 10^{-19} \, \mathrm{C}\,</math>.
Dieser Wert gilt [[Messunsicherheit#Exakte Werte|exakt]], weil die Maßeinheit „[[Coulomb]]“ seit 2019 dadurch definiert ist, dass der Elementarladung dieser Wert zugewiesen wurde.<ref name="CGPM-26-1">
{{Internetquelle
 |url=https://www.bipm.org/en/committees/cg/cgpm/26-2018/resolution-1
 |titel=Resolution 1 of the 26th CGPM. On the revision of the International System of Units (SI)
 |titelerg=
 |werk=
 |hrsg=[[Internationales Büro für Maß und Gewicht|Bureau International des Poids et Mesures]]
 |datum=2018
 |sprache=en
 |abruf=2021-09-13
}} „The SI is the system of units in which [...] the elementary charge ''e'' is {{ZahlExp|1.602176634|-19|post=C}} [...].“ [[doi:10.59161/CGPM2018RES1E]] (engl.), [[doi:10.59161/CGPM2018RES1F]] (frz.)
</ref> Zuvor war das Coulomb anders definiert, und <math>e</math> war eine experimentell zu bestimmende Größe.

== Zusammenhang mit anderen Größen ==
Durch Multiplikation der Elementarladung mit der [[Avogadro-Konstante]] ergibt sich die [[Faraday-Konstante]], die in der [[Elektrochemie]] eine Rolle spielt.
:<math>F = N_{\mathrm A} \cdot e\approx 96\,485 \, \frac{\mathrm{C}}{\mathrm{mol}}.</math>
In der Atom-, Kern- und Teilchenphysik werden Energien häufig in der Einheit [[Elektronenvolt]] (eV, amtlich „Elektronvolt“) angegeben. Ein Elektronenvolt ist die Energie, die eine Elementarladung (z.&nbsp;B. ein Elektron) beim Durchlaufen einer Beschleunigungsspannung von 1&nbsp;Volt erhält. Es gilt die Umrechnung:
:<math>1\,\mathrm{eV} = e \cdot 1\,\mathrm{V} \approx 1{,}602\cdot10^{-19}\,\mathrm J.</math>

== Wert in natürlichen Einheiten ==
Die Elementarladung gehört nicht zu den Konstanten, die in den [[Natürliche Einheiten#Teilchenphysik|natürlichen Einheiten der Teilchenphysik]] auf 1 gesetzt werden können. Da in diesem System die Konstanten [[Lichtgeschwindigkeit]], [[reduzierte Planck-Konstante]] und [[elektrische Feldkonstante]] gleich Eins gesetzt werden, <math>c = \hbar = \varepsilon_0 = 1</math>, und die [[Feinstrukturkonstante]] <math>\alpha</math> als [[dimensionslose Größe]] unabhängig vom verwendeten Einheitensystem ist, ist die Elementarladung durch
:<math>\alpha = \frac{e^2}{4\pi \varepsilon_0 \hbar c} \;\Leftrightarrow\; e = \sqrt{4\pi \alpha \varepsilon_0 \hbar c}</math>
eindeutig bestimmt. Man erhält dann den Eichkopplungsparameter
: <math>e = \sqrt{4\pi\alpha} = 0{,}302\,822\,12\ldots</math><ref>Siehe z.&nbsp;B. Matthew D. Schwartz, Quantum Field Theory and the Standard Model, 1. Auflage, S. 818</ref>

== Geschichte ==
Dass die Ladung eine feste kleinste Einheit hat, wurde im 19.&nbsp;Jahrhundert aufgrund elektrochemischer Reaktionen vermutet ([[Faradaysche Gesetze]]). Nachdem [[Josef Loschmidt]] 1865 erstmals die Größe von Luftmolekülen bestimmt hatte, woraus die Avogadro-Konstante abgeleitet werden konnte, gab [[George Johnstone Stoney]] 1874 eine erste Abschätzung für die Elementarladung, die um einen Faktor 16 niedriger war als der heutige Wert. [[Joseph John Thomson|J.&nbsp;J.&nbsp;Thomson]] ermittelte 1898 den Wert von {{ZahlExp|6,3|-10|post=
[[Franklin (Einheit)|esE]]}}, entsprechend {{ZahlExp|2,1|-19|post=C.}}<ref>J. J. Thomson: On the Charge of Electricity carried by the Ions produced by Röntgen Rays. Philosophical Magazine 46 (1898) 528</ref>

Erheblich genauer wurde die Größe der Elementarladung im Jahr 1910 von den Physikern [[Robert Andrews Millikan|Robert Millikan]] und [[Harvey Fletcher]] mit dem nach Millikan benannten [[Millikan-Versuch|Öltröpfchenversuch]] bestimmt. Unter anderem für diese Arbeit erhielt Millikan 1923 den Nobelpreis.

== Weblinks ==
{{Wiktionary|Elementarladung}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Physikalische Konstante]]
[[Kategorie:Teilchenphysik]]
[[Kategorie:Theoretische Elektrotechnik]]
[[Kategorie:Atomare Einheit]]