1.2 Die elektrische Ladung Elektrostatik ist jener Teil der Elektrizitätslehre, in dem es um ruhende elektrische Ladungen geht, die Kräfte auf ihr Umfeld ausüben. Einfache Experimente zur Elektrostatik kannst du gefahrlos selbst durchführen. Experiment: Kontaktelektrizität 75.1 E1 Du brauchst: Glasstab und Seidentuch, Hartgummistab und Wollstoff, Plastikfolien, Papierstückchen (Konfetti), Luftballon (aus Latex), drehbares Stativ Führe einige der folgenden Vorschläge aus. Beschreibe deine Beobachtungen und formuliere passende Erklärungen. − Reibe den Glasstab mit dem Seidentuch und nähere ihn den Konfetti. − Reibe den Hartgummistab mit Wolle und nähere ihn den Konfetti. − Reibe den aufgeblasenen Luftballon mit Wolle und nähere ihn den Konfetti. Nähere ihn dem geriebenen Hartgummistab, danach dem geriebenen Glasstab. − Lege die Plastikfolien übereinander auf den Tisch und streife mit der Hand mehrmals fest darüber. Hebe sie auf, ziehe sie auseinander. Wie verhalten sie sich? − Reibe den aufgeblasenen Luftballon am Wollstoff, berühre mit der geriebenen Stelle leicht die Zimmerwand und lass den Ballon los. − Lagere einen geladenen Stab drehbar auf dem Stativ und beobachte die Kraftwirkung zwischen gleich und ungleich geladenen Körpern (75.1). Die Beobachtungen lassen sich zusammenfassen: Gleichartig elektrisierte Körper stoßen einander ab. Ungleichartig elektrisierte Körper ziehen einander an. Beide Arten elektrisierter Körper ziehen nicht elektrisierte Körper (z. B. Konfetti) an. Die Deutung der Beobachtung fällt uns heute leicht, wenn wir das Teilchenmodell der Materie heranziehen – im 18. Jh. wusste man noch nichts von Atomen. Alle Körper bestehen aus Atomen. Jedes Atom enthält elektrisch geladene Teilchen, die Protonen im Atomkern und die Elektronen in der Hülle. Protonen und Elektronen unterscheiden sich nicht nur in ihrer Masse – Protonen haben fast 2 000-mal mehr Masse als Elektronen. Sie unterscheiden sich auch in ihrer elektrischen Ladung. Die Ladung der Elektronen nennt man negativ, die Ladung der Protonen positiv. Die elektrisch neutralen Neutronen sind ebenfalls Bestandteile der Atomkerne. Jeder Körper enthält im Normalfall gleich viele (negative) Elektronen in den Atomhüllen wie (positive) Protonen in den Atomkernen. Der Körper ist nach außen elektrisch neutral. Entfernt man Elektronen, entsteht ein Überschuss an Protonen: Der Körper ist positiv geladen. Besitzt der Körper einen Überschuss an Elektronen, dann nennt man ihn negativ geladen (75.2). In den obigen Experimenten werden durch Aneinanderpressen die Oberflächen unterschiedlicher Stoffe in engen Kontakt gebracht – beim Reiben geschieht dies besonders intensiv. Dabei können bei manchen Stoffkombinationen Elektronen (siehe Infokasten in der Randspalte) mit besonders wenig Energieaufwand von einer Oberfläche auf die andere übergehen. Trennt man die beiden Materialien, so zeigt sich: Die beiden Körper wurden entgegengesetzt elektrisch geladen. Aber selbst beim Trennen von gleichen Materialien (z. B. Plastikfolien) können zufällige lokale Ladungstrennungen erfolgen, so dass z. B. die Folien „zusammenkleben“. Der Reibungselektrizität begegnen wir oft im Alltag: Beim Kämmen der Haare, bei der Reibung unterschiedlicher Textilien, wobei man oft ein leises Knistern hört, wenn durch Funken elektrische Ladungen überspringen. Reibungs- oder Kontaktelektrizität Diese ist allgegenwärtig: Glas, Nylon, Wolle, Blei, Seide, Aluminium, Papier, Baumwolle, Stahl, Hartgummi, Kupfer, Polyethylen und Silikongummi sind Beispiele für Stoffe, die sich durch gegenseitigen Kontakt aufladen. Sie wurden nach ihrer Bereitschaft geordnet, Elektronen abzugeben. Durch Reiben mit Wolle wird Glas positiv und Wolle negativ geladen. Reibt man aber Polyethylen (z. B. eine Plastikflasche) mit Wolle, wird Polyethylen negativ geladen und Wolle positiv. 75.1 Experimente zur Reibungselektrizität 75.2 Kontaktelektrizität: Körper mit elektrisch neutralen Oberflächen (oben) können durch Kontakt mit anderen Körpern Elektronen abgeben und dadurch an der Oberfläche positiv geladen sein (Mitte), bzw. Elektronen an sich ziehen und sich negativ aufladen (unten). 75 E-Lehre 1 Ladung und Spannung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
RkJQdWJsaXNoZXIy MTA2NTcyMQ==