Big Bang Physik 6, Schulbuch

Grundlagen der Elektrizität 1  22  GG 6.2/G 6.2 Elektrizitätslehre/Elektrische Energie  75 Warum schlägt das Elektroskop in Abb. 22.14 aus, obwohl es vom Stab noch gar nicht berührt wird ( F10 )? Das liegt daran, dass der geladene Stab bereits vor der Berührung die Elektronen im Haken und in den Metallstreifen ver- schiebt. Diesen Effekt nennt man Influenz , und er tritt nur in elektrischen Leitern (siehe Kap. 23.4, S. 86) auf. Egal, wie der Stab geladen ist, durch die Verschiebung der Elektronen laden sich die Metallstreifen gleich auf und stoßen einan- der ab (Abb. 22.15). Wir haben einen weiten Bogen vom Bernstein über das Quark zur elektrischen Kraft gespannt und kommen jetzt zu den Lösungen der eingangs gestellten Fragen (Abb. 22.3 und 22.4, S. 70). Wieso kann man mit einem geladenen Löffel Papierschnipsel anziehen und sogar einen Wasserstrahl verbiegen? In beiden Fällen handelt es sich doch um unge- ladene elektrische Isolatoren (siehe Kap. 23.4, S. 84)! Auch Isolatoren werden in der Nähe eines geladenen Objekts beeinflusst. Allerdings können in ihnen die Ladungen nicht frei fließen. Trotzdem kommt es zu einer Art „Ladungstrennung“. Normalerweise fallen die Mittelpunkte der positiven und negativen Ladungen im Atom zusammen. Nach außen hin ist es dann elektrisch neutral (Tab. 22.2a). In der Umgebung eines geladenen Körpers werden aber die Elektronenorbitale verzerrt, und es verschieben sich die La- dungsmittelpunkte (Tab. 22.2b und c). Aus dem neutralen Atom wird dadurch ein elektrischer Dipol ( F12 ). Diesen Ef- fekt nennt man Polarisation . Wenn du dich mit dem gelade- nen Bernstein oder Löffel einem Papierschnipsel näherst, dann werden die Papier- Atome zuerst polarisiert und den Rest übernimmt die elektrische Anziehungskraft ( F11 ). Die Tatsache, dass ein geladener Gegenstand einen ungela- denen Isolator anziehen kann, ist ein indirekter Beleg dafür, dass dessen Atome durch die elektrische Kraft verzerrt wer- den. Sonst wären sie nach außen hin neutral und würden nicht angezogen werden. Du siehst also, dass die Erklärung des „Bernsteinexperiments“ nicht ganz so simpel ist. Beim Wasserstrahl ist es etwas anders, weil die Wassermoleküle von vornherein polarisiert sind. Abb. 22.15:  Influenz im Elektroskop: Es sind nur die Überschussla- dungen eingezeichnet. Wichtig: Es werden nur die Elektronen verschoben und keine positiven Ladungen. Atomkern (rot) und Elektronenorbital (blau) Vereinfachte Vorstellung Tab. 22.2:  Polarisation eines Isolator-Atoms (linke Spalte) und vereinfachte Darstellung (rechts): Die Orbitale sind die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten der Elektronen und werden im Rahmen der Quantenmechanik (siehe „Big Bang 7“) beschrieben. Zusammenfassung Durch ein elektrisches Feld werden die Elektronen in einem Leiter verschoben. Das nennt man Influenz . In einem Isola- tor können die Ladungen zwar nicht frei verschoben wer- den, aber die Ladungsmittelpunkte verschieben sich ein we- nig. Das nennt man Polarisation . Z 22.2 Ein Kilogramm am Everest Die elektrische Spannung Eine kleine Batterie hat etwa 1,5V und das Netz im Haushalt 230V. Die Spannung und ihre Einheit Volt sind dir aus dem Alltag also bestens bekannt. Aber was versteht man unter Volt eigentlich genau? Was versteht man unter Hebearbeit und potenzieller Energie? Schau nach in Kap. 8.2, „Big Bang 5“. In Abb. 22.16 siehst du vier gängige Batterieformate. Sie haben alle 1,5 V. Besteht – außer in der Größe – irgendein Unterschied zwischen den Batterien? Welche Spannung haben die Plus-Pole (die Knöpfe) der Batterien in Abb. 22.16? Der Großglockner ist 3798 m hoch und der Stephans- dom in Wien 137 m. Diese beiden Höhen-Angaben unterscheiden sich wesentlich. Wodurch? F13 W1  F14 E2  Abb. 22.16:  Verschiedene Alkaline-Batterien F15 W1  F16 W2  Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv