Kap 8 – Elektrik 1 Elektrostatik

7.1 Elektrostatik
Irgendwann, das sagt zumindest die Astrophysik, gab es einen Urknall ohne Polarisierung, sozusagen einen Einheitsbrei. Dieser Zustand dauerte nur für kurze Zeit. Es entstanden geladene Teilchen, Ladungsträger mit positiven und Ladungsträger mit negativen Ladungen. So entstand die Polarisierung, die den Gang der Welt auf allen Ebenen prägen sollte. Das Prinzip von Teil und Gegenteil war geboren. Das ist wohl die wesentlichste Erkenntnis, die wir aus diesem Kapitel der Geschichte unseres Kosmos mitnehmen können.
Das Prinzip von Pol und Gegenpol durchzieht wie ein roter Faden alles, was wir wahrnehmen können. Und da wir nichts anderes sind als eine Fortsetzung dieses kosmischen Prinzips sind auch wir in dieses Grundmuster unwiderruflich eingebunden. Je schärfer diese Polarisierung ausgeprägt ist, desto größer werden die daraus sich ergebenden Kräfte.
Wesentliche Urbestandteile der Materie sind die Protonen als die Träger positiver Ladungen und die Elektronen als die Träger negativer Ladungen.
Die elektrische Ladung
Den Begriff der elektrischen Ladung haben wir dem bedeutenden amerikanischer Politiker Benjamin Franklin (1706-1790) zu verdanken, weil er feststellen konnte, dass, wenn ein Übergang an elekrtrischer Ladung erfolgt, der eine Körper Mangel an Elektrizität besitzt, der andere jedoch einen Überschuss. Außerdem konnte er feststellen, dass durch eine elektrische Entladung ein Funken und ein heftiger Knall erzeugt wird. Damit erhält der Begriff der Ladung auch umgangssprachlich Brisanz.
Es gibt zwei Arten von elektrischer Ladung
In Nichtleitern ist die elektrische Ladung unbeweglich und an ihren Platz gebunden, während sie sich in Leitern bewegen kann. Wenn zwei Körper sich berühren, kann Ladung von einem Körper zum anderen übergehen
Die Glimmlampe wird verwendet um unterscheiden zu können, ob der Köper nun negativ oder positiv geladen ist. Bei der Glimmlampe leuchtet nämlich das Gas nur an derjenigen Elektrode auf, durch die die Elektronen in die Lampe fließen.
Berührt man die Glimmlampe mit einem anderen Körper, dann stellen sich je nach Ladung des Körpers zwei verschiedene Effekte ein:
Wenn der Körper negativ geladen ist: Die Glimmlampe leuchtet an der Elektrode auf, die Kontakt mit dem Körper hat. Es fließen Elektronen vom Körper weg.
Wenn der Körper positiv geladen ist: Die Glimmlampe leuchtet an der geerdeten Elektrode auf. Es fließen Elektronen zum Körper.
Um Näheres über die Ladungen zu erfahren, machen wir Versuche mit dem Elektroskop.
Dabei untersuchten wir folgende Fragstellungen:
a) Erläutere die Vorgänge im Elektroskop, wenn man sich mit einem negativ geladenen Plastikstab dem Metallteller des Elektroskops nähert, ohne ihn zu berühren. Anschließend entfernt man den Stab wieder vom Elektroskop.
b) Erläutere die Vorgänge im Elektroskop, wenn man mit einem negativ geladenen Plastikstab den Metallteller des Elektroskops berührt und ihn anschließend wieder entfernt.
Hier die Ergebnisse unseres Versuchs:
a) - Auf Grund der abstoßenden Kräfte wandern freie Elektronen zu den Zeigern.
- Da sich gleichnamige Ladungen abstoßen, bewegen sich die Zeiger auseinander.
- Entfernt man den Stab, so fließen die überflüssigen Elektronen aus den Zeigern zum Metallteller zurück. Der Zeigerausschlag geht auf null zurück
b) - Elektronen wandern vom Stab auf den Metallteller. Das Elektroskop ist damit negativ geladen.
- Da sich gleichnamige Ladungen abstoßen, bewegen sich die Zeiger auseinander.
- Der Zeigerausschlag bleibt auch nach dem Entfernen des Stabes erhalten.
Merke!
Gleichnamig geladene Körper stoßen einander ab, ungleichnamig geladene ziehen einander an.
Elektrische Influenz – elektrisches Feld
Die Verschiebung von Ladungen in einem Leiter durch die Kräfte einer anderen Ladung heißt elektrische Influenz. Durch die Wirkung entsteht dann eine Verschiebung von Ladungen im Leiter.
Die Elektronen sind besonders frei beweglich in Leitern aus Metall. Sie sammeln sich an einer Seite des Leiters, denn sie werden von der anderen positiven Seite des Körpers angezogen. Dadurch entstehen im Leiter zwei Hälften: eine positive und eine negative Hälfte. Protonen sind dann in der Überzahl, da sie sich nicht bewegen.
In Isolatoren sind die negativen Ladungsträger nicht frei beweglich. Die Elektronen in der Atomhülle werden nur ein wenig verschoben, wenn der Leiter in Kontakt mit einem geladenen Körper kommt. Sie ziehen sich gegenseitig an, da der negative Bereich näher an dem Körper liegt. Jedes einzelne Atom besitzt einen positiven und einen negativen Bereich. Nach einer Weile kehren die geladenen Körper wieder in ihren alten Zustand zurück.
Sehr schön kann man das Phänomen der elektrischen Influenz neben dem bereits bekannten Versuch mit dem Elektroskop auch am Wasserstrahl zeigen: Durch den mittels Reibung negativ aufgeladenen Stab kommt es im Wasserstrahl zur elektrischen Influenz, damit zu einer Ladungsverschiebung und zu einer Anziehung des Wasserstrahls.
Die elektrische Influenz kennzeichnet also die Fernwirkung einer elektrischen Ladung. Dies Fernwirkung ist nur möglich, wenn es ein Feld gibt, das den geladenen Körper umgibt. Dieses Feld nennt man elektrisches Feld.
Fragen dazu
Beschreibungen der im Unterricht gemachten Versuche
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