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Exkurs zur Einleitung (Elektrizität)

Aufgaben

Nicht alle Fragen, die wir in der Einleitung aufgeworfen haben, wurden bisher explizit beantwortet. Aber wenn Sie diese Lerneinheit aufmerksam durchgearbeitet haben, müsste Ihnen eine Antwort nun leicht fallen:

Das schlagende Auto

Warum also erhalten wir oft einen elektrischen Schlag, wenn wir aus unserem Auto gestiegen sind und an die Autotür langen?

Im Prinzip geschieht das Gleiche, wie wenn wir den Plexiglasstab oder den Hartgummistab mit dem Katzenfell bzw. dem Seidentuch reiben. Rutschen wir beim Aussteigen über den Autositz, werden Elektronen des einen Materials auf das andere übertragen und so entsteht ein oft erheblicher Spannungsunterschied zwischen uns und dem Boden. Fassen wir daraufhin das Auto oder einen anderen leitenden Gegenstand an, kommt es zum Ladungsausgleich durch Funkenübersprung. Wie leicht uns das passiert, hängt auch von der Luftfeuchtigkeit ab. Je trockener die Luft ist, desto wahrscheinlicher ist es, das wir einen Schlag bekommen. Ist die Luft feucht, so geht die Ladung von uns auf die Lufttröpfchen über und der Spannungsunterschied wird verringert.

Die haftende Frischhaltefolie

Die gute alte Frischhaltefolie ist in so gut wie jedem Haushalt vorhanden. Aber warum haftet sie so schön am Behälter oder - nicht so schön - oft an sich selber?

Ziehen wir die Frischhaltefolie von der Rolle, trennen wir Ladungen und laden die Folie elektrisch (negativ) auf. Kommt sie nun in die Nähe eines Behälters, so stößt sie die in ihm vorhandenen Ladungen zurück. Er scheint dadurch entgegengesetzt geladen. Behälter und Folie ziehen sich an. Da die Folie ein schlechter Leiter ist, ihre Ladung also ungern hergibt, findet durch die Berührung kaum Ladungsaustausch statt.

Die Hochspannungsleitung

Erinnern Sie sich an die scheinbare Ungerechtigkeit, die wir in der Einleitung angesprochen haben? Vögel können unbeschadet auf den Hochspannungsleitungen sitzen, wohingegen uns es unter Lebensgefahr verboten ist, in die luftigen Höhen zu klettern. Was ist es, das es den Vögeln unbeschadet erlaubt, dort oben Platz zu nehmen?

Der Unterschied liegt unter anderem darin, wie wir dort hinauf kommen. Beginnen wir am Ursprung einer jeden Hochspannungsleitung: dem Elektrizitätswerk. Ein Elektrizitätswerk hat zwei Anschlüsse: Einer ist mit der Leitung verbunden, der andere mit dem Erdboden. Klettern wir nun den Mast hinauf, so geschieht uns noch nichts, da die Leitung selbst gegenüber dem Mast isoliert ist. Fassen wir dann aber nach den Kabeln, schließen wir den Stromkreis Elektrizitätswerk-Hochspannungsleitung-Mast-Erdboden-Elektrizitätswerk. Einen derartigen Strom hält unser Körper nicht aus. Daher können sich die Vögel auch gefahrlos dort oben versammeln. Sie landen direkt auf der Leitung und kommen mit dem zweiten Anschluss des Elektrizitätswerkes gar nicht in Berührung, genauso wie wir, wenn wir brav auf dem Erdboden bleiben.

Und noch mehr Lebensgefahr!

Eine Leiche liegt in einer vollen Badewanne, neben ihr schwimmt ein Föhn. Wer hat dieses Bild nicht schon einmal in einem Krimi zu Gesicht bekommen? Aber warum ist es so lebensgefährlich, in der Badewanne mit elektrischen Geräten zu hantieren? Und weshalb muss man bei einem Gewitter schleunigst das Wasser in einem Freischwimmbad verlassen?

Ist unsere Haut trocken, ist sie ein sehr schlechter elektrischer Leiter. Ist sie dagegen nass, wie das in einer Badewanne oder im Schwimmbecken ja der Fall ist, leitet sie hervorragend. Dann genügt eine Spannung von 40 V, um in unserem Körper eine tödliche Stromstärke hervorzurufen. Deshalb ist es absolut lebensgefährlich, mit nasser Haut ein elektrisches Gerät anzufassen, denn es könnte ja einen kleinen, noch nicht bemerkten Fehler haben oder sogar ins Wasser fallen, was uns ganz schnell ins Jenseits befördern würde. Blitze haben übrigens, wenn sie in das Becken einschlagen, dieselbe Wirkung wie ein Föhn.

Blitze

Blitze sind ein faszinierendes Naturphänomen. Sie können von sagenhafter Schönheit sein, doch sind sie nicht ungefährlich. Überrascht uns ein Gewitter draußen in der Natur, sind gewisse Sicherheitsmaßnahmen vonnöten, um nicht vom Blitz getroffen zu werden. Z.B. darf man sich nicht in der Nähe von spitzen, in den Himmel ragenden Gegenständen aufhalten und sollte auch selbst nicht über seine Umgebung hinausragen. Ein anderer sicherer Ort vor Blitzen ist bekanntermaßen das Auto. Aber nun wollen wir wissen: Wie entstehen Blitze? Warum schlagen sie in aufragende, leitende Gegenstände besonders gerne ein und warum können sie uns in einem Auto (oder auch jedem anderen leitenden Käfig) nichts anhaben?

Bei einem Blitz handelt es sich um eine Gasentladung zwischen zwei entgegengesetzt geladenen Wolken oder einer Wolke und der Erde. Durch Turbulenzen in der Luft werden Ladungen, transportiert durch die winzigen Wassertröpfchen der Wolken, getrennt, bis irgendwann die Spannung so groß ist, dass es zu einem sogenannten Durchschlag kommt. Hoch aufragende Gegenstände sind besonders von Blitzeinschlägen bedroht, weil bei ihnen die elektrische Feldstärke besonders hoch ist.

Der Blitzableiter, den Michael Faraday im Jahre 1752 erfand, beruht auf diesem Prinzip. Eine Metallstange, die leitend mit der Erde verbunden ist, leitet den Blitz am Haus vorbei in die Erde. Steht ein Gewitter an, kann man um Drahtseile, Schiffsmasten, Blitzableiter oder anderen ähnlichen Gegenständen das Elmsfeuer beobachten. Sie sind mit einer bläulichen Hülle umgeben. Knisterten übrigens vor einer Schlacht die Speerspitzen der alten Römer auf diese Weise, sahen sie es als ein göttliches und glückbringendes Omen an. Und warum schützt uns nun das Auto? Die Karosserie des Autos fungiert als Faraday'scher Käfig, der den von ihm umgebenden Raum vor elektrischen Feldern abschirmt. Bringt man Ladungen auf einen solchen leitenden Hohlkörper, so fließen sie immer auf dessen Außenseite ab. Der Innenraum ist so immer feldfrei. Der Blitz kann also gar nicht zu uns vordringen.

Der staubige Bildschirm

Da haben Sie Ihren Computerbildschirm oder den Fernseher gerade abgestaubt, da ist er auch schon wieder staubig. Warum bloß ziehen Bildschirme den Staub scheinbar magisch an?

Wollten wir nun genau erklären, wie ein Fernseher funktioniert, müssten wir zu weit ausholen. Es sei nur soviel gesagt, dass es sich um eine abgewandelte Braun'sche Röhre handelt. Bauteile einer Braunschen Röhre sind zwei Plattenkondensatoren, einer in senkrechter und einer in waagerechter Anordnung. Durch ihr elektrisches Feld können sie einen Elektronenstrahl in jede beliebige x- oder y-Richtung ablenken. Dieser Strahl fällt dann auf einen Leuchstschirm. Jetzt ist auch klar, woher die elektrische Aufladung herrührt, die den Staub anzieht.

Spielereien beim Backen

Wenn Sie das nächste Mal einen Kuchen mit Puderzucker bestäuben, beobachten Sie doch mal, wie der Puderzucker aus dem Sieb fällt. Anfangs fällt er noch senkrecht. Mit der Zeit jedoch wird er immer mehr zur Seite abgelenkt. Warum?

Die Zuckerkörnchen laden sich durch Reibung mit dem Sieb auf und stoßen sich aufgrund ihrer gleichartigen Ladung dann gegenseitig ab.

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