Gesamtladungen

Gesamtladungen bezeichnen in der Elektrotechnik und Physik die Netto-Ladung eines Systems, also die algebraische Summe aller Ladungen in einem definierten Raum oder in der Gesamtheit des Systems. Die Einheit ist das Coulomb (C). Das Vorzeichen gibt an, ob ein Überschuss positiver oder negativer Ladungen besteht.

Die Gesamtladung ist eine konservierte Größe: In abgeschlossenen Systemen bleibt sie konstant, auch wenn Ladungen verschoben oder verteilt werden. Die Kontinuitätsgleichung ∂ρ/∂t + ∇·J = 0 beschreibt die zeitliche Änderung der Ladungsverteilung ρ und den Zusammenhang mit der Stromdichte J.

Die Verteilung der Gesamtladung beeinflusst das elektrische Feld. In idealen Leitern sammelt sich im elektrostatistischen Gleichgewicht überschüssige Ladung an der Oberfläche; das Innere ist feldfrei. In Isolatoren oder Halbleitern kann Ladung auch im Volumen verteilt sein. Die Gesamtladung bleibt jedoch unverändert, solange kein Ladungsfluss durch die Systemgrenzen stattfindet.

Berechnung: Für diskrete Ladungen qi ist Q = Σ qi; bei einer kontinuierlichen Verteilung ρ(r) gilt Q = ∫_V ρ(r) dV. Gauss’sches Gesetz verbindet die Gesamtladung mit dem elektrischen Fluss Φ_E durch eine geschlossene Fläche: Φ_E = Q_enclosed/ε0.

Anwendungen: Das Konzept spielt eine zentrale Rolle bei der Auslegung von Kondensatoren, Halbleiterbauelementen, Plasmenforschung sowie in der theoretischen Formulierung des Prinzips der Ladungserhaltung. Es dient außerdem als Grundlage zur Analyse von Ladungsträgerverteilungen in Experimenten und Simulationen.