Die elektrische Ladung oder Elektrizitätsmenge ist eine physikalische Größe, die mit der Materie verbunden ist, wie beispielsweise auch die Masse. Sie bestimmt die elektromagnetische Wechselwirkung und damit, wie Materie auf elektrische und magnetische Felder reagiert und diese hervorruft. Ihr Formelzeichen oder ist vom lateinischen Wort ‚‘ abgeleitet. Im Internationalen Einheitensystem (SI) wird die Ladung in der Einheit Coulomb angegeben.
Elementarteilchen können positive, negative oder keine elektrische Ladung tragen. Die Ladung freier Teilchen ist stets ein ganzzahliges Vielfaches der Elementarladung , die beträgt. Zahlenwert der Elementarladung. Die Ladung des Elektrons ist negativ: , die des Protons positiv: . Bei Atomen und anderen zusammengesetzten Teilchen addieren sich die einzelnen Ladungen. Ist die Gesamtladung null, so heißt das zusammengesetzte Teilchen neutral. In einem abgeschlossenen System ist die Gesamtladung unveränderlich (Ladungserhaltung). Die Ladung eines Teilchens ist im Rahmen der Relativitätstheorie in jedem Bezugssystem gleich, also eine Lorentz-Invariante.
Die Elektrostatik betrachtet ruhende Ladungen und rein elektrische Felder. Die Coulombkraft zwischen positiv und negativ geladenen Körpern ist anziehend, zwischen gleichnamigen Ladungen (also Ladungen gleichen Vorzeichens) abstoßend. Ausgedehnte physikalische Systeme enthalten stets etwa gleich viele positive und negative Elementarladungen. Schon relativ kleine Überschussladungen können beträchtliche Feldstärken und Kräfte bewirken (Beispiel: Gewitter).
Bewegte elektrische Ladungen bilden einen elektrischen Strom. Sie erzeugen elektromagnetische Felder, und ihre Bewegung wird durch solche beeinflusst. Dieses Verhalten wird in der klassischen Elektrodynamik beschrieben.
Auf mikroskopischer Ebene ist die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen Ladungen zusammen mit quantenmechanischen Effekten wie dem Pauli-Prinzip die Ursache für Zusammenhalt und Struktur der Materie.
Die elektrische Ladung ist eine von mehreren Arten von Ladung, die bei Elementarteilchen auftreten können.
Alltagsbeobachtungen miniatur|Aufgestellte Haare nach Aufladung mit Reibungselektrizität Nahezu alle im Alltag beobachtbaren physikalischen Phänomene basieren auf einer von zwei fundamentalen Wechselwirkungen, der Schwerkraft oder der Wechselwirkung elektrischer Ladungen. Zur Erklärung der chemischen Prozesse und allgemein der erfahrbaren Eigenschaften der Materie sind elektrische Kräfte zwischen den Elektronenhüllen von Atomen wesentlich – auch wenn man zum vollen Verständnis oft quantenmechanische Eigenschaften wie etwa den Spin berücksichtigen muss.
Auch geladene Gegenstände können sich durch Kräfte bemerkbar machen. Wenn Verpackungsmaterial, zum Beispiel kleine Polystyrolteile, scheinbar von selbst Bewegungen ausführt, steckt die elektrostatische Anziehung oder Abstoßung von geladenen Teilchen dahinter.
miniatur|Blitz zwischen Wolken Eine eindrucksvolle Folge elektrischer Aufladungen durch Reibungselektrizität sind Gewitterblitze. Luft ist normalerweise ein Isolator, aber bei hoher Spannung kommt es zu einem Durchschlag. In Blitzen kommt es zu einem schlagartigen Ladungsausgleich zwischen unterschiedlich geladenen Bereichen in der Gewitterzelle oder – seltener – zwischen einem Bereich in der Gewitterzelle und dem Erdboden. Kleine Funken, die von einem Knistern begleitet werden, können auch beim An- und Ausziehen von Kleidungsstücken oder beim Kämmen entstehen.
Der Mensch besitzt kein spezifisches Sinnesorgan für elektrische Ladung. Er kann sie lediglich indirekt wahrnehmen, wenn der Strom durch den Körper bzw. die am Hautwiderstand abfallende Spannung den Schwellenwert des Aktionspotentials der Neuronen erreicht. Ein leichter elektrischer Schlag wird, wie oben schon erwähnt, beim Ausziehen von Kleidungsstücken gespürt oder wenn man über einen Teppichboden geht und anschließend eine Türklinke berührt. Elektrischer Strom kann ziehende Schmerzen im Zahnnerv auslösen, wenn im Mund elektrochemisch unterschiedliche Metalle (beispielsweise Aluminiumfolie und Amalgam) in Kontakt sind und sich ein Lokalelement bildet. In gleicher Weise wird ein Kribbeln in der Zunge durch Stromfluss hervorgerufen, wenn man mit feuchter Zunge beide Pole einer geeigneten Batterie berührt.
Aber auch, dass feste Materie einander abstößt und man nicht durch feste Materie greifen kann, liegt an der Coulomb-Kraft, die ihrerseits wieder von der elektrischen Ladung abhängt.
Geschichte Namensgebung mini|Die Bezeichnung „Elektrizität“ ist an das griechische Wort für Bernstein angelehnt. Vermutlich wurden bereits um 550 v. Chr. von Thales von Milet im antiken Griechenland Experimente durchgeführt, bei denen die von elektrischen Ladungen ausgehenden Kräfte beobachtet wurden. Es wurde beispielsweise eine von einem Stück Bernstein (griechisch ηλεκτρόν elektron) ausgehende anziehende Kraft auf Vogelfedern oder Haare festgestellt, nachdem der Bernstein an einem trockenen Fell gerieben worden war.
Der Hofarzt der Königin Elisabeth I., William Gilbert, setzte die Arbeiten von Petrus Peregrinus aus dem 13. Jahrhundert fort und fand heraus, dass andere Stoffe ebenfalls durch Reibung elektrisiert werden können. Er führte in seinem 1600 erschienenen Buch (deutsch etwa „Über den Magneten, Magnetische Körper und den großen Magneten Erde“) den dem Neulateinischen entlehnten Begriff „electrica“ für die Erscheinungen ein, die er im Zusammenhang mit dem Bernstein entdeckte. Später wurde dieser Begriff als Elektron zur Bezeichnung für den Träger der negativen Elementarladung, das 1891 von George Johnstone Stoney so bezeichnete und 1897 von Joseph John Thomson nachgewiesene Elektron (auch der geriebene Bernstein nimmt eine negative Ladung an).
Eine oder zwei Ladungsarten mini|William Gilbert gilt als der Begründer der Elektrizitätslehre. William Gilbert gilt wegen seiner Arbeiten als Begründer der Elektrizitätslehre. Er unterschied als Erster zwischen elektrischer und magnetischer Anziehung. Seine Erklärung für die Anziehungskraft eines geriebenen Bernsteins auf andere Körper bestand darin, dass er ein in allen durch Reibung beeinflussbaren Körpern befindliches „imponderables“ (also unwägbar leichtes) Fluidum annahm, das durch die Wärme bei der Reibung austräte und den Körper wie eine Dunstwolke umgäbe. Andere Stoffe würden beim Eindringen in diesen Dunst angezogen, analog zur Anziehung eines Steins durch die Erde. In Gilberts Fluidumstheorie bzw. Fluidumshypothese klingt aus heutiger Sicht etwas vom modernen Begriff des Feldes an. Die Unterschiede sind jedoch beträchtlich, insbesondere weil der Dunst aus ausgetretenem Fluidum besteht. Otto von Guericke beschäftigte sich in seinen späten Arbeiten mit statischer Elektrizität, von seinen Ergebnissen ist allerdings wenig erhalten. Er erfand 1672 eine einfache Elektrisiermaschine, mit deren Hilfe er eine ganze Reihe von Phänomenen beobachten konnte, etwa die Influenz, die Leitung von elektrischer Ladung, die Leuchtwirkung (Elektrolumineszenz) und die Tatsache, dass sich zwei gleichnamig elektrisierte Körper abstoßen. Bis dahin wusste man nur von der Anziehungswirkung der Elektrizität, Gilberts Erklärungsversuch des einen Fluids reichte nun nicht mehr aus.
Charles du Fay erkannte 1733 bei Versuchen mit der Reibungselektrizität, dass sich die beiden Arten von Elektrizität gegenseitig neutralisieren konnten. Er bezeichnete die Elektrizitätsarten als Glaselektrizität () und Harzelektrizität (). Dabei entspricht die Glaselektrizität in der heutigen Bezeichnungsweise der positiven Ladung. Jean-Antoine Nollet entwickelte aus diesen Versuchen die sogenannte „Zweiflüssigkeitstheorie“ oder auch dualistische Theorie, wie sie auch Robert Symmer vertrat.Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer: Elektrizitätslehre. Walter de Gruyter, 1966. ISBN 978-3-11-144188-7, S. 6. Demnach umgeben die beiden Elektrizitätssorten als „zwei Fluide“ (das Effluvium und das Affluvium) die elektrisierten Körper. Ein elektrisch neutraler Körper enthält nach dieser Theorie die gleiche Menge beider Fluida. Bei der innigen Berührung zweier Körper geht dann vom einen Körper positives Fluidum auf den anderen über, während der andere Körper die gleiche Menge negativen Fluidums an den ersten abgibt. Diese Sprechweise prägte das Denken über die Natur der Elektrizität im 18. Jahrhundert und lebt noch heute in den „zwei Ladungsarten“ (positive Ladung vs. negative Ladung) weiter.
mini|Benjamin Franklins Drachenexperiment während eines Gewitters: Er interpretierte als Erster Blitze als gigantische Funken.
Im von Benjamin Franklin – zum Thema der elektrischen Erscheinungen – verfassten Buch Experiments and Observations on Electricity prägte dieser die Bezeichnung Ladung (engl. ). Vorher musste von „Körpern, die in einen elektrischen Zustand versetzt worden sind“ gesprochen werden, Franklin führte eine Sichtweise wie beim belasteten und unbelasteten Konto ein, wo durch Reibung Umverteilungen eintraten. William Watson kam zur selben Zeit zu einer vergleichbaren Einschätzung. Nach dieser unitarischen Theorie oder Einflüssigkeitstheorie ist also das einzige Fluidum in einer bestimmten Normalmenge auf elektrisch neutral erscheinenden Körpern vorhanden. Bei der Reibung zweier Körper aneinander gehe dann eine gewisse Menge dieses Fluidums von einem auf den anderen Körper über, sodass die Veränderung des Aufenthaltsortes des Fluidums bewirkt, dass der eine Körper positiv geladen, der andere gleich stark negativ aufgeladen ist. Franklin konnte mit seiner Sichtweise nicht erklären, weshalb zwei gleichermaßen von Ladung entleerte Körper einander abstoßen, erst Franz Ulrich Theodor Aepinus behob diesen Mangel. In heutiger Sprechweise sah er die Stoffteilchen beim Entfernen der Ladungen gewissermaßen in einem ionisierten Zustand.
Die Annahme Franklins, dass die Elektrizität des Glases existent und die Harzelektrizität ein Mangel ist und dass bei der Berührung von geladenen und ungeladenen Körpern die Elektrizität immer nur in eine Richtung strömt, legte es nahe, dass – in heutiger Bezeichnungsweise – sich stets die positiven Ladungen bewegen. Vermutlich wurde Franklin zu dieser Annahme durch die Art der beobachtbaren Leuchterscheinungen bei seinen Versuchen mit geladenen Metallspitzen geleitet.
Mit dieser neuerlichen Theorie der Elektrizität als „einem Fluid“ wurde der Idee der Ladungserhaltung zum Durchbruch verholfen. Die Ladungen werden durch Reibung nicht erzeugt, sondern lediglich voneinander getrennt. Da die Kraftrichtung zwischen zwei Ladungen mit Hilfe des Zweiflüssigkeitsmodells einfach mit dem Vorzeichen der beteiligten Ladungen beschrieben werden kann, nahm Charles Augustin de Coulomb das dualistische Modell der „zwei Fluide“ an und legte die Existenz zweier Ladungsarten zugrunde. Aus heutiger Sicht kann man mit beiden Modellen das gleiche Ergebnis erhalten.
Im deutschsprachigen Raum wurde die Bezeichnungsweise von Franklin vermutlich vor allem durch Leonhard Euler bzw. Georg Christoph Lichtenberg verbreitet.
Quantitative Experimente miniatur|Coulomb konstruierte eine Torsionsdrehwaage, die eine Messung der zwischen Ladungen wirkenden Kraft ermöglichte. Robert Boyle stellte 1675 fest, dass elektrische Anziehung bzw. Abstoßung auch durch ein Vakuum hindurch erfolgt, Francis Hauksbee vertiefte diese Untersuchungen anhand von elektrischen Leuchterscheinungen im Vakuum. Stephen Gray teilte 1729 Materialien in elektrisch leitfähig und elektrisch isolierend ein und demonstrierte, dass auch der menschliche Körper Strom leiten konnte.