Elektrostatik Grundlagen

(Kursstufe > Das elektrische Feld)

Inhaltsverzeichnis

1 Versuche und Beispiele
2 Beispiele
3 Anziehung und Abstoßung
4 Nachweismethoden
5 atomare Vorstellung
6 Ladungsverteilung bei Leitern
- 6.1 Versuch: Spitzenentladung
- 6.2 Versuch: Das Segnerrad
7 elektrische Influenz
8 Abschirmung (Faradayscher Käfig)
9 Links

Versuche und Beispiele

Was tun bei Gewitter und Blitz? (Video)
Wie entstehen Blitze? (Video 3:15-5:00)
Ein Hai kann elektrische Felder fühlen.
Wie funktioniert eigentlich ein Laserdrucker?
Ein elektrischer "Zauberstab".
Ein "Schallplattengenerator".
(Video des Versuchs)
Der Junge ist gerutscht.
Der Ballon klebt an der Wand! (Simulation)

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 "blackpirat2306 Subscribe my channel")

Anziehung und Abstoßung

positive und negative Ladung
Abhängigkeit von der Entfernung

Nachweismethoden

Das Elektroskop ist negativ geladen.

Elektroskop

Glimmlampe (Polung ist feststellbar)
Kraftwirkung

atomare Vorstellung

Durch engen Kontakt sind negativ geladene Elektronen vom rechten auf den linken Gegenstand übergegangen.

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

Ladungsverteilung bei Leitern

Versuch: Spitzenentladung

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

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 dieses mal bewegen können, das Rad wird in eine Drehbewegung entgegen der Nadelenden versetzt (==> Impulserhaltung).

elektrische Influenz

Ladungsverschiebung bei Isolatoren und Leitern

Verschiebungspolarisation (elektrische Influenz): Ein Isolator wird in der Nähe eines geladenen Gegenstandes...
polarisiert. Die Elektronenhüllen verschieben sich.
Vereinfachte Darstellung mit Polarisierungslinien, die von negativen zu positiven Ladungen verlaufen.
Orientierungspolarisation (elektrische Influenz): Haben die Moleküle ein elektrischen Dipol (zB Wasser)...
so werden die Moleküle gedreht.
Nach Außen ergibt sich das gleiche Ergebnis wie bei der Verschiebung der Elektronenhüllen.
Ladungsverschiebung (elektrische Influenz): Bei einem Leiter werden in der Nähe eines geladenen Gegenstandes...
Ladungen verschoben.
Der Gegenstand ist nicht polarisiert.
Es entsteht trotzdem ein elektrischer Dipol.