Arbeitsblatt: Statische Ladung

Theorie: Statische Ladungen 1 Leiter und Isolatoren Leiter In Leitern sind die Elektronen frei beweglich. Durch sie kann also Strom fliessen. Sie leiten Strom! (Fast alle Metalle) Isolatoren In Isolatoren sind die Elektronen im Material nicht frei beweglich, sondern fest an ihr jeweiliges Atom gebunden. Dadurch kann im Isolator kein Strom fließen. Sie leiten keinen Strom (Gummi, Kunststoffe, Glas, etc.) Statische Ladungen Alle Körper besitzen eine große Anzahl elektrischer Ladungen. Normalerweise merken wir davon nichts, da sich die Wirkungen der positiven und negativen Ladungen kompensieren (aufheben). Ein Körper, mit einer Gesamtladung Null (von beiden Ladungsarten gleich viel), ist nach außen hin „elektrisch neutral. Um einen Körper aufzuladen, muss man entweder Ladungen auf ihn übertragen oder von ihm wegnehmen, so dass nicht länger ein Gleichgewicht zwischen Elektronen und Protonen existiert. Somit entspricht elektrische Aufladung einem Elektronentransfer (Ladungstrennung). Gleiche Ladungen stossen sich ab und unterschiedliche ziehen sich an. Positive Aufladung: Wegnahme von Elektronen von einem Körper. Der Körper hat dann mehr positive Ladungen (Protonen) als negative Ladungen. Negative Aufladung: Aufbringen von Elektronen auf den Körper. Der Körper hat dann mehr negative Ladungen (Elektronen) als positive Ladungen. Das Aufladen kann durch Reibung, (elektrische Leitung) oder Influenz erreicht werden. Reibung: (Bei Isolatoren) Es gibt Isolatoren die die eigenen Elektronen stärker festhalten (z.B. Hartgummi) als die anderen wie z.B. die Haare eines Katzenfells. Die Stärke mit welcher das Atom die Elektronen festhält, nennt man Affinität. Bringt man durch Reibung zwei Materialien unterschiedlicher Elektronenaffinität in starken Kontakt, so gehen Elektronen von dem einen Isolator zum anderen. Bei dem Isolator mit geringerer Elektronenaffinität bleiben positive Ionen zurück. Beim Reiben entstehen stets gleichgroße, entgegengesetzte Ladungen. Elektrizität wird nicht erzeugt, sondern nur getrennt und in ihrer Wirkung zum Vorschein gebracht. (Geht nur bei Isolatoren, da sich bei Leitern die Ladung gleich wieder gleichmässig verteilen würde!) Löse Auftrag 12auf AB 2! Influenz: (Bei Leitern) Wenn ein negativ geladener Stab nahe an ein isoliertes Stück Metall gebracht wird ohne dieses zu berühren, werden die freien Elektronen des Metalls von dem negativ geladenen Stab abgestoßen und sammeln sich auf der dem Glasstab am entferntesten gelegenen Stelle des Metalls. Das dem Glasstab abgewandte Stück des metallischen Körpers hat nun mehr Elektronen und ist negativ geladen. Das Metall ist insgesamt immer noch neutral! Die Ladungen wurden lediglich auf zwei unterschiedliche Bereiche des Körpers getrennt. (Ladungstrennung). Falls der metallische Körper jetzt geerdet wird, fließen Elektronen von der Metallkugel zur Erde ab. Entfernt man nun die Erdung und den Stab, besitzt der metallische Körper eine positive Nettoladung, die sich gleichmäßig verteilt (Influenz funktioniert nur bei Leitern, da sich die Elektronen dort frei im Körper bewegen können!). Zeichne die Protonen und Elektronen in der Kugel und der Hand ein! Löse anschliessend Auftrag 3 auf AB2 Polarisation Ein geladener Körper zieht auch neutrale Körper an. Im Fall von Nichtleitern findet keine Ladungstrennung statt, da keine frei beweglichen Ladungsträger zur Verfügung stehen. Trotzdem beobachtet man Influenzladungen auf deren Oberfläche. Die Atome (Moleküle) werden polarisiert Löse dazu Auftrag 4 auf AB 2