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Physik, 12 E-Felder - Nachweis
von Ladungen über die elektrische Kraft |
Übersicht
Körper lassen sich durch
intensives aneinander Reiben elektrisch aufladen.
Bringt man in die Nähe eines
geladenen Körpers andere geladene Körper, so werden diese angezogen oder
abgestoßen.
Reibungselektrizität
| Reibt man einen Stab
aus PVC an Wolle, dann entreißt das PVC Material der Wolle Elektronen. PVC
besitzt eine größere Elektronegativität als Wolle.
Der PVC Stab lädt sich dabei negativ auf, die Wolle positiv.
Da PVC ein guter Isolator ist, bleibt die Ladung auf dem Stab, bis er mit
einer Erdung in Verbindung gebracht wird, oder sich langsam über die Luft
entlädt. |
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Wenn man dagegen einen Nylon-Stab
an Wolle reibt, entreißt die Wolle dem Nylon Elektronen. Wolle hat eine größere
Elektronegativität als Nylon.
Der Nylon-Stab lädt sich dabei positiv auf, die Wolle negativ.
Auch Nylon ist ein guter Isolator. Daher bleibt auch hier die Ladung auf dem
Stab, solange man ihn nicht mit Erde in Verbindung bringt oder er sich über
die (feuchte) Luft entlädt. |
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Bringt man die beiden Stäbe
zusammen, nachdem sie mit einem Wolltuch gerieben worden sind, stellt man eine
Anziehungskraft zwischen den Stäben fest.
Würden die beiden Stäbe gleiche Ladung tragen, dann müssten sie sich abstoßen. |
Berühren sich zwei
unterschiedliche Materialien innig und werden dann getrennt, führt dies
zu elektrisch geladenen Zuständen. Dabei findet ein Elektronenfluss
statt. Die Chemiker wissen, dass verschiedene Materialien Elektronen
unterschiedlich stark anziehen und nennen es "Elektronegativität".
Die Reibung selber ist nicht
die Ursache der elektrischen Spannung, sie dient nur dazu, einen möglichst
großen Teil der Oberfläche der Körper in enge Berührung zu bringen.
Klebrige Substanzen, die rückstandsfrei wieder abgezogen werden können,
sind ebenfalls bestens geeignet.
Aber: Übereinander liegende
Plastikfolien knistern elektrisch beim Trennen -laden sich zwei gleiche
Materialien also ebenfalls auf?
Dies ist nicht so, denn Plastik
ist kein reines und homogenes Material. Die beiden sich berührenden
Oberflächen sind nicht identisch, sie laden sich also auf. Ein klein
wenig Schmutz, kaum wahrnehmbar, verstärkt diesen Effekt.
Die angegebene
Berührungselektrische Spannungsreihe
ist bei verschiedenen Autoren unterschiedlich. Sie hängt ab von der
Reinheit der Materialien insgesamt und von atomar dünnen Verunreinigungen
der Materialoberflächen, also von Schmutzeffekten.
| plus |
Leder (?)
Kaninchenfell (?)
Glass (2-10)
PA (4,0-5,0)
Wolle (?)
Katzenfell (?)
Seide (2,5-3,5)
Baumwolle (1.3-1.4) |
Holz, trocken (2,6)
PMMA (?)
Siegellack (?)
Bernstein (2.6-2.9)
Polystyren (2,4-2,6)
PE (2,2-2,4)
Schwefel (1,6-1,7)
Hartgummi (2.7-3.0) |
UP (2,8-4,5)
PS (?)
PAN (?)
PUR (?)
PP (1,5)
PVC (3,4)
PE (2,2-2,4)
PTFE (2,0) |
minus |
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Wenn eine zunächst
ungeladene Person über einen Teppich aus Wolle läuft, sind weisen
seine Ledersohlen eine kleinere Elektronegativität auf als die Wolle
des Teppichs.
Als Folge entzieht der
Teppich dem Leder der Schuhsohle bei jedem Schritt Elektronen. Der
Teppich lädt sich dabei negativ auf, die Person wird positiv
geladen. Die Ladung verteilt sich nun über den ganzen Körper. |
Wenn die Person nun die Türklinke
berührt, erfolgt ein Ladungsausgleich: Elektronen, die sich frei bewegen
können, gehen von der Türklinke auf die Person über => die Person
erhält einen kleinen elektrischen Schlag.
(Betrachte diesen Vorgang in
der Animation oben genau)
Wenn die Person Schuhe mit
Gummisohlen getragen hätte, wäre alles umgekehrt gewesen:
das Gummi der Sohle hätte diesmal dem Teppich Elektronen entzogen. Als
Folge hätte sich der Teppich positiv, die Person dagegen negativ
aufgeladen.
Bei Berühren der Türklinke gehen dann Elektronen von der Person auf die
Tür über, also in der umgekehrten Richtung.
In welcher Richtung die Elektronen übergehen, kann die Person dabei nicht
sagen, es ist ihr auch egal, denn in beiden Fällen bekommt sie einen
elektrischen Schlag!
© Grafik: Science Joy Wagon
Applet: Elektrische Kräfte
Die Trennung Ladungen erfolgt
im Applet nicht durch Reibungselektrizität, sondern durch eine
Spannungsquelle.
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Versuch 1:
Kraft zwischen 2 gleichnamig geladenen leitenden Kugeln.
Versuch 2:
Kraft zwischen 2 ungleich geladenen leitenden Kugeln.
Versuch 3:
Kraft zwischen einer geladenen und einer ungeladenen leitenden Kugel. |
Das Copyright für dieses
Applet liegt bei Klaus
Wetzstein.
Warum bei Versuch 3 es
überhaupt zu einer Anziehung kommt ist durch Influenz zu erklären. Was
Influenz genau ist wird auf der Seite Influenz erklärt.
letzte Änderung: 11.8.2004 |
