Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

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 leicht selbst durchführen. Experiment: Kontaktelektrizität 71.1 E 1 Du brauchst: Glasstab und Seidentuch, Hartgummistab und Wollstoff, Plastik- folien, Papierstückchen (Konfetti), Luftballon (aus Latex) und Zwirn, drehbares Sta- tiv Beschreibe deine Beobachtungen und versuche, Erklärungen zu finden. − Reibe den Glasstab mit dem Seidentuch und nähere ihn den Konfetti. − Reibe den Hartgummistab mit Wolle und nähere ihn den Konfetti. − Reibe den Luftballon mit Wolle und nähere ihn den Konfetti, nähere ihn dem geriebenen Hartgummistab, b. z. w. 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 an der Wolle, berühre mit der geriebenen Stelle leicht die Zimmerwand und lass den Ballon los. − Befestige den aufgeblasenen Luftballon an einem Zwirnfaden, reibe ihn an der Wolle und halte ihn am Faden. Nähere ihm andere „geladene“ Körper. − Lagere einen geladenen Stab drehbar auf dem Stativ und beobachte die Kraft- wirkung zwischen gleich und ungleich geladenen Körpern. ( 71.1 ) 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. Das ist unser Vorteil: Im 18. Jahrhundert wusste man noch nichts von Atomen. 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 zweitausend- mal mehr Masse als Elektronen. Sie unterscheiden sich in einer weiteren Eigen- schaft, der 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 Atom- hüllen wie (positive) Protonen in den Atomkernen. Der Körper ist nach außen elek- trisch 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 . ( 71.2 ) In den obigen Experimenten werden durch Aneinanderpressen die Oberflächen un- terschiedlicher Stoffe in engen Kontakt gebracht – beim Reiben geschieht dies be- sonders intensiv. Dabei können bei manchen Stoffkombinationen Elektronen (s. In- fokasten 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 hört man oft ein leises Knistern, wenn durch Funken elektrische Ladungen überspringen. Reibungs- oder Kontaktelektrizität Diese ist allgegenwärtig: Glas, Nylon, Wolle, Blei, Seide, Aluminium, Papier, Baumwolle, Stahl, Hartgummi, Kup- fer, Polyethylen, Silikongummi sind Beispiele für Stoffe, die sich durch ge- genseitigen Kontakt aufladen. Sie wurden nach ihrer Bereitschaft geordnet, Elektro- nen abzugeben. Durch Reiben mit Wolle wird Glas positiv und Wolle negativ gela- den. Reibt man aber Polyethylen (z. B. eine Plastikflasche) mit Wolle, wird Polyethylen negativ geladen und Wolle positiv. 71.1 Experimente zur Reibungselektrizität 71.2 71.2 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). 71 | E-LEHRE ur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv