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Ladungsträger (Physik)
Ladungsträger sind elektrisch geladene Teilchen, die elektrische Ladung als physikalische Größe und fundamentale Eigenschaft von Materie transportieren.
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Begriff und elektrische Ladung
Ladungsträger sind elektrisch geladene Teilchen. Sie transportieren die elektrische Ladung, eine physikalische Größe und grundlegende Eigenschaft der Materie. Elektrische Ladung ist stets an materielle Träger, also Teilchen oder Körper, gebunden.
Sie tritt immer als positives oder negatives ganzzahliges Vielfaches der Elementarladung e auf. Ein Proton besitzt die Ladung +e, ein Elektron die Ladung −e. Atome enthalten unter Normalbedingungen gleich viele positive und negative Ladungen und sind deshalb elektrisch neutral.
Arten von Ladungsträgern
Der kleinste üblicherweise vorkommende Ladungsträger ist das Elektron. Es ist besonders in Metallen frei verfügbar.
In Halbleitern kann auch das Fehlen eines Elektrons wie ein positiv geladener Ladungsträger wirken. Dieser wird Defektelektron genannt.
Ionen sind ebenfalls Ladungsträger. Dabei handelt es sich um Atome oder Moleküle, die gegenüber ihrem neutralen Zustand ein oder mehrere Elektronen verloren oder zusätzliche Elektronen aufgenommen haben. Quarks tragen zwar elektrische Ladung, werden aber nicht als freie Teilchen beobachtet.
Beweglichkeit, Leitfähigkeit und Strom
Ladungsträger können frei beweglich oder fest gebunden sein. Je nachdem wird Materie als elektrischer Leiter oder Nichtleiter bezeichnet; zwischen beiden gibt es einen weiten Übergangsbereich der elektrischen Leitfähigkeit.
Ruhende Ladungsträger erzeugen ein elektrisches Feld. Bewegen sich Ladungsträger gemeinsam in eine Richtung, nennt man dies elektrischen Strom.
Vorkommen und Folgen des Transports
Freie Elektronen kommen vor allem in Metallen, aber auch im Vakuum vor. Ionen können als Elektrolyte in wässrigen Lösungen und Salzschmelzen vorkommen, selten auch in Festkörpern, beispielsweise in der Nernstlampe. Außerdem treten sie in Gasen und Plasmen auf. Freie Elektronen und Ionen werden in Teilchenbeschleunigern verwendet.
Der Transport von Ionen in Materie ist mit einer chemischen Veränderung der Materie verbunden. Beim Transport von Elektronen oder Defektelektronen geschieht dies hingegen nicht.