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Die elektrische Ladung

Vorzeichen der Ladung

Wir haben bereits verschiedene Beispiele kennen gelernt, wie sich Körper durch Reibung elektrisch aufladen. Ein weiteres Beispiel ist ein Glasstab, der mit einem Stück Seide oder synthetischer Faser gerieben wird. Auch hier kann mit einem Elektroskop die Aufladung nachgewiesen werden.

In den folgenden beiden Videos ist die bereits bekannte Aufladung eines Hartgummistabes und die Aufladung eines Glasstabes noch einmal gegenübergestellt. In beiden Fällen tritt elektrische Ladung auf.

Abb.1

Der bereits bekannte Effekt, dass sich ein mit einem Fell geriebener Hartgummistab elektrisch auflädt.

Abb.2

Ein mit einem Stück Stoff geriebener Glasstab ist ebenfalls elektrisch aufgeladen. Die Aufladung ist am Zeigerausschlag des Elektroskops zu erkennen.

Auf- und Entladung eines Elektroskops

Im folgenden Versuch wird das Elektroskop nacheinander mit dem geladenen Hartgummistab und dem geladenen Glasstab berührt. Der Effekt ist verblüffend.

Abb.3

In diesem Video wird das Elektroskop nacheinander mit einem Hartgummistab und einem Glasstab berührt, die beide durch Reibung aufgeladen sind. Anstatt den Ausschlag zu vergrößern, verursacht der Glasstab eine Entladung des Elektroskops.

Entgegen der Erwartung, dass der Zeigerausschlag sich durch die Berührung des zweiten Stabes noch vergrößert, geht der Ausschlag zurück. Das Elektroskop wird also durch den Kontakt mit dem Glasstab entladen.

Der Vorgang ist vergleichbar mit folgenden Vorgängen:

  • Sie eröffnen ein neues Bankkonto und erhalten eine Gutschrift von 100 Euro. Das Konto ist also mit 100 Euro „aufgeladen“. Am nächsten Tag geben Sie 100 Euro aus und belasten damit ihr Konto. Daraufhin ist der Kontostand wieder Null.
  • Sie schütten einen Liter Alkohol mit einer Temperatur von –5 °C in ein Gefäß. Danach geben Sie einen weiteren Liter Alkohol mit der Temperatur +5 °C hinzu und mischen gut. Daraufhin hat die Flüssigkeit eine Temperatur von 0 °C.

Der Vergleich mit diesen Vorgängen legt den Schluss nahe, dass die elektrische Ladung, genau wie die Größen Kontostand und Temperatur, eine vorzeichenbehaftete Größe ist, dass es also Ladung mit positivem und mit negativem Vorzeichen gibt.

Erklärung: Die elektrische Ladung kann positives oder negatives Vorzeichen besitzen.

Auf- und Entladung mit Konduktorkugeln

Dazu ein weiteres Experiment:

Abb.4

In diesem Video wird das Elektroskop mit einer elektrisch aufgeladenen Metallkugel berührt, woraufhin der Zeiger ausschlägt. Nach einer zweiten Berührung mit der neu aufgeladenen Kugel geht der Zeigerausschlag fast genau auf Null zurück.

In diesem Experiment wurde die Kugel zuerst an der linken und dann an der rechten Platte eines Plattenkondensators aufgeladen. Ein Plattenkondensator besteht aus zwei gegenüberliegenden Metallplatten, die an die zwei Pole einer Spannungsquelle angeschlossen sind. Bei der ersten Berührung schlägt der Zeiger des Elektroskops aus, da die Kugel durch die erste Kondensatorplatte geladen ist. Dann wird die Kugel an der anderen Kondensatorplatte aufgeladen. Bei der folgenden Berührung geht der Zeigerausschlag fast genau auf null zurück.

Erklärung: Die Ladungen, die die Kugel nach dem Kontakt mit der linken Kondensatorplatte getragen hat und jene, die sie nach dem Kontakt mit der rechten Platte getragen hat, haben sich also genau kompensiert. Dies lässt den Schluss zu, dass beim Plattenkondensator die beiden Platten mit gleichem Betrag, aber unterschiedlichem Vorzeichen geladen sind. Die Wirkung dieser entgegengesetzten Ladungen hebt sich gegenseitig auf. Man nennt diese beiden Ladungstypen positive und negative Ladung.

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