Überblick über wichtige Themen der Elektrik
Elektrische Energie läßt
sich mit
Fotovoltaikanlagen aus
Sonnenenergie gewinnen.
Elektrizität wird wegen
ihrer Wärmewirkung zum
Kochen und Braten
genutzt. Elektromotoren
nutzen die magnetische
Wirkung der Elektrizität.
Für die Umwandlung von
mechanischer
Bewegungsenergie in
elektrische Energie
sorgen Generatoren.
Reibungselektrizität
Ladungen können leicht getrennt werden, in dem
ein Kunststoffstab mit einem Fell gerieben wird
Als Nachweis der elektrischen Ladung
auf dem Stab dienen Papierschnipsel, die
angezogen werden.
Die Ladung eines Kunststoffstabes, der zuvor mit einem
Fell gerieben wurde, kann auch einen Wasserstrahl
ablenken
Kraftwirkung zwischen Ladungen
Gleich aufgeladene
Gegenstände stoßen sich ab;
entgegengesetzt geladene
Gegenstände ziehen sich an.
Elektrizität in Atomen
Elektrische Ladung tritt immer
in Verbindung mit Masse auf.
Das Atom besteht aus der
Elektronenhülle (10-10m) und
dem Atomkern (10-15m).
Größenvergleich: Fußballfeld
und Stecknadelkopf!
Der Atomkern enthält A
Nukleonen,
die sich aus
Das Metall Beryllium
hatZdie
Protonen
und N Neutronen
Kernladungszahl
4 und auch
zusammensetzen.
4 Elektronen in der Hülle damit
das Atom elektrisch neutral ist.
Der Atomkern hat eine
positive (+) Ladung (Z*e)
Das Elektron hat eine negative
(-) Ladung (e).
Elektrizität in Atomen
Alle Elemente des
Periodensystems sind Atome;
die Kernladungszahl ist gleich
der Periodenzahl.
Elemente mit größerer
Periodenzahl sind größer, weil
sich in ihrer Hülle mehr
Elektronen befinden.
Leiter und Nichtleiter
 In elektrischen Leitern sind die Elektronen
(fast) frei beweglich.
 alle Metalle wie Ci, Fe, Al, Au und
Metalllegierungen.
 In Nichtleitern sind die Elektronen fest an
die Atome gebunden.
Keramiken, Bernstein, Plexiglas,
Katzenfell, Papier.
Reibungselektrizität
Durch enge Berührung (Reibung) von zwei
Nichtleitern werden Elektronen von den
Atomen des einen gelöst und haften, weil
energetisch günstiger, an Plätzen zwischen
Atomen des anderen
 Plexiglas, Baumwolle positive (+) Ladung
 Katzenfell negative (-) Ladung
Aufladen und Entladen
Wird ein Kunststoffstab mit
einem Fell gerieben, dann
wechseln viele Elektronen auf
den Stab und das Fell wird
positiv geladen.
Beim Laden eines Ballons mit
einer metallischen Oberfläche
verteilen sich die Elektronen
gleichmäßig (Sie stoßen sich
gegenseitig ab)
Beim positiven Aufladen
springen Elektronen vom
Ballon auf den positiv
geladenen Stab und hinterlassen
am Ballon Elektronenmangel
(positive Ladung)
Bandgenerator
 Die gelbe Kunststoffwalze reibt mit dem roten
Gummiband. Dabei lädt sich die Kunststoffwalze positiv,
die Innenseite des Gummibandes negativ auf.
 Die negativen Ladungen auf der Innenseite des rechten
Bandes fließen über die untere Metallwalze zur Erde ab.
 Die auf die Außenseite des nach oben laufenden linken
Bandes aufgesprühten positiven Ladungen bewirken am
oberen Kamm durch Influenz eine Ansammlung von
negativen Ladungen, die auf die Außenseite des Bandes
sprühen und dieses außen neutralisieren.
 Zum Ladungsausgleich sammeln sich auf der Haube
des Bandgenerators positive Ladungen an.
 Die Aufladung der Haube ist deshalb besonders stark,
da vom Inneren der Haube (faradayscher Käfig) beliebig
viel Ladungen auf diese übertragen werden können
(feldfreien Raum).
Van de Graaff Generator
Entstehung eines Gewitters:
Mit einem Bandgenerator
werden Ladungen getrennt.
Von dort springen Blitze auf
ein geerdetes Hausdach über
da die Aufladung des
Bandgenerators wegen der
endlichen DurchschlagsBandgenerator:
Diebegrenzt
festigkeit der Luft
Ladungen
stoßen sich
ist.
gegenseitig ab und verteilen
sich gleichmäßig in der
obersten Metallschicht. Es
entsteht viel Platz für
weitere Ladungen, die vom
Transportband abgestreift
werden.
Messung von Ladung
Elektroskop: Die Ladungen
verteilen sich über den Stab und
den Zeiger. Die abstoßenden
Kräfte bewirken einen einen
umso größeren Ausschlag, je
größer die Ladungsmenge ist.
Mit einem Elektroskop kann
man keinen Zahlenwert und
kein Vorzeichen für die Ladung
bestimmen. Heute gibt es
Ladungsmeßgeräte, die eine
Anzeige in Coulomb
beinhalten.