4.1 Elektrostatik

Kap 8 – Elektrik
4.1 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.
4.1.1 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.
Kap 8 – Elektrik
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.
Kap 8 – Elektrik
- Der Zeigerausschlag bleibt auch nach dem Entfernen des Stabes erhalten.
Das Elektroskop
Metallteller
Ladungsüberschuß
Drehung
Isolation
Merke!
Gleichnamig geladene Körper stoßen einander ab, ungleichnamig
geladene ziehen einander an.
4.1.2 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.
Kap 8 – Elektrik
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.
Elektrische Influenz - Wasserstrahl
negativ
geladener Stab
Ladungstrennung
gleiche
Ladungsverteilung
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
zurück