Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

Experimente zum elektrischen Feld Wir wollen Faradays Vorstellung in zwei Experimenten qualitativ überprüfen und untersuchen, ob im Raum zwischen elektrisch geladenen Objekten eine Kraftwir- kung messbar ist. Experiment: Elektrisches Feld zwischen geladenen Platten 94.1 E 1 Rizinusöl in einer flachen Glasschale wird mit Grießkörnern bestreut. An zwei längliche parallele Elektroden in der Schale wird eine Hochspannung von etwa 10 000V angelegt. Beschreibe deine Beobachtung! ( 94.1 ) Zwischen den geladenen Platten herrscht ein elektrisches Feld. Dies bedeutet, dass es an jedem Raumpunkt elektrische Kräfte gibt. Das führt dazu, dass sich die Elektronen in den elektrisch neutralen Grießkörnern verschieben. Die Körner wer- den zu elektrischen Dipolen: Auf der Seite zur positiven Elektrode tragen sie eine kleine negative Ladung (Elektronenüberschuss), auf der entgegengesetzten Seite sind sie durch Elektronenmangel positiv geladen. Die anfänglich regellos verteil- ten Grießkörner ordnen sich nun auf Grund der Anziehung ungleichnamiger La- dungen zu parallelen Ketten, ihre Richtung zeigt die örtliche Feldrichtung an. Wir haben ein Bild der Feldlinien erhalten. ( 94.3 ) In einem weiteren Modellversuch wollen wir uns die Feldverteilung um ein gelade- nes kugelförmiges Teilchen, z. B. ein Ion, ansehen. Zur Vereinfachung untersuchen wir jedoch keine kugelförmige Ladung, sondern beschränken uns auf das zwei- dimensionale Feldlinienbild einer geladenen Drahtspitze. Experiment: Elektrisches Feld zwischen geladenen Platten 94.1 E 1 Wieder benutzen wir Rizinusöl in einer Glasschale und streuen Grieß darauf. Als Elektroden werden ein Metallring mit Anschlussdraht und im Zentrum eine kleine, zylindrische Elektrode (Drahtspitze) fixiert. Dann wird eine Spannung von etwa 10 000 V angelegt. Beobachte und beschreibe! ( 94.2 ) Beim Anlegen der Spannung entsteht ein radialsymmetrisches Feldlinienbild. Die Grießkörner beginnen zum Zentrum zu wandern, was bedeutet, dass die Kraft auf den positiven und den negativen Ladungsschwerpunkt der Dipole nicht gleich groß ist. Die elektrische Kraft wird nach innen umso stärker, je näher sich die Grieß- körner an der Drahtspitze befinden. Die Feldlinien verlaufen radial und werden zum Zentrum hin dichter. Die beiden Versuche können wir zusammenfassen: Wir könnten im Prinzip beliebig viele Feldlinien darstellen, wenn nicht die Größe der Grießkörner dies verhindern würde: In jedem Punkt zwischen den Elektroden wirkt eine elektrische Kraft. Diese Kraft können wir durch ihre Wirkung auf kleine geladene Körper („Probela- dungen“) messen. Diese Probeladungen sollten möglichst klein sein, um die das Feld erzeugenden ursprünglichen Ladungen, die „Quellen“ des zu messenden Fel- des, durch ihre Rückwirkung möglichst wenig zu verschieben. Das elektrische Feld bestimmt für alle Punkte im Raum Richtung und Größe der elektrischen Kraft. Feldlinien zeigen die Richtung der Kraft im Raum zwischen den Ladungen an, die das Feld erzeugen. Das Feld kann ausgemessen werden, indem die Kraft auf eine kleine positive Probeladung an vielen Punkten bestimmt wird. Das Feld von ruhenden elektrischen Ladungen heißt elektrostatisches Feld . 94.2 Feld einer geladenen Drahtspitze Um eine Vorstellung vom Feld um eine gelade- ne Kugel zu erhalten, versuche dir die Feldlini- en dreidimensional vorzustellen, also nicht nur in der Bildebene. Mit einer Analogie spricht man in der Physik vom „Feldlinien-Igel“. 94.1 Das Feld zwischen elektrisch gelad- enen Platten dient als Modell für das Feld in der Membran einer Nervenzelle. + – + – + – + – + – + – + – + – + – + 94.3 Im elektrischen Feld verschieben sich Ladungen, Grießkörner werden zu elektrischen Dipolen und ordnen sich zu Ketten an. 94 FELDER Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv