Elektrostatik Grundlagen: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 18. Oktober 2015, 10:17 Uhr

Die Elektrostatik beschäftigt sich mit dem Phänomen von elektrischen Ladungen, die sich nicht bewegen. Vor allem mit der anziehenden oder abstoßenden Wirkung zwischen Ladungen. Bewegte Ladungen bilden einen elektrischen Strom zum Beispiel in einem Stromkreis.

Die Grundlagen der Elektrostatik lassen sich auch gut ohne den Begriff des elektrischen Feldes beschreiben, also mit einer Fernwirkungstheorie.

Beispiele

• Warum darf man an der Tankstelle kein Handy benutzen? (Wissen vor 8) (youtube.de; von "Friedbert Zausel")

Anziehung und Abstoßung

• positive und negative Ladung
• Abhängigkeit von der Entfernung

Nachweismethoden

• Elektroskop

Bild:Ladungsverteilung_Elektroskop.png

• Glimmlampe (Polung ist feststellbar)
• Kraftwirkung

atomare Vorstellung

Bild:Ladungsverteilung_Darstellungsart.png

• Reibungselektrizität
• Leitung in Leitern (z.B. Metallen) und Isolatoren

Ladungsverteilung bei Leitern

Bild:Ladungsverteilung.png

Versuch: Spitzenentladung

Aufbau

Bild:Aufbau

Auf der Kugel des Bandgenerators wird eine spitze Nadel angebracht. Diese wird nun auf die Flamme einer brennenden Kerze gerichtet, der Bandgenerator wird in Betrieb versetzt.

Beobachtung

Bild:vor Betrieb

Bild: in Betrieb

Sobald man beginnt an der Apparatur zur kurbeln bewegt sich die Flamme weg von der Nadel, ähnlich wie bei einem leichten anpusten ebendieser. So schnell dieser Effekt in Kraft tritt, so schnell stellt er sich wieder durch Aufhören der Kurbelbewegung wieder ein.

Erklärung

• Vgl auch Versuche Uni Würzburg

Durch den Bandgenerator wird Ladung polarisiert, hierbei kann entweder eine starke positive oder negative Ladung entstehen. Der äußerste Punkt des Geräts, die Nadelspitze, hat eine sehr hohe Ladungsansammlung da die gleichnamigen Ladungen innerhalb der Kugel sich möglichst weit voneinander abstoßen und somit u.a. auf die Nadelspitze "gedrückt" werden. Dadurch ist das elektrische Feld in der Nähe der Spitze sehr stark. Es entsteht tatsächlich ein kleiner Luftstrom, da die Luft in unmittelbarer Nähe der Nadel ionisiert wird (je nach dem positiv oder negativ) und Nadel und Luft sich nun voneinander abstoßen, aufgrund der enstandenen Gleichnamigkeit der Ladung. Da hierbei ein Ladungsaustausch stattfindet ist der Effekt nicht von Dauer.

Versuch: Das Segnerrad

Aufbau

Bild:Das Segnerrad

Auf die Kugel des Bandgenerators wird ein dreizackiges Rad, das Segnerrad, angebracht; der Bandgenerator wird in Betrieb versetzt.

Beobachtung

Sobald man zu kurbeln beginnt dreht sich das Segnerrad. Die Rotationsrichtung ist entgegengesetzt der drei Nadelspitzen. Auch in diesem Versuch hält diese Beobachtung nicht viel länger an als gekurbelt wird.

Erklärung

Auch in dieser Konstruktion sammelt sich besonders viel negative positive bzw. negative Ladung in den drei Nadelspitzen an, da dies eine günstige Verteilung bei großen gleichnamigen Ladungen ist (s.o.). Ebenfalls findet eine Ionisierung der Luft in unmittelbarer Nähe der Nadelspitzen statt, wodurch sich wiederum Nadeln und Luft voneinander abstoßen. Der Unterschied hierbei ist jedoch, dass die Nadeln sich diesesmal bewegen können, das Rad wird in eine Drehbewegung entgegen der Nadelenden versetzt (==> Impulserhaltung).

elektrische Influenz

• Ladungsverschiebung bei Isolatoren und Leitern im elektrischen Feld

Bild:Influenz_Isolator.png Bild:Influenz_Leiter.png

• Anziehung von geladenen und influenzierten Körpern

Abschirmung (Faradayscher Käfig)

Bild:Ladungsverteilung_Faradayscher_Käfig.png

Links

• Video über die Enstehung von Reibungselektrizität und Elektronenaffinität verschiedener Materialien: Triboelectric effect/series or triboelectricity (youtube: "RimstarOrg")
• Video über den Bau eines Elektroskops: How to make an electroscope (DIY) (youtube: "RimstarOrg")
• Elektrostatik der Mittelstufe (Leifi München)
• Applets zu Kräften, Influenz und Ladungstransport