Grundwissen

Eigenschaften elektrischer Ladung

Kräfte zwischen geladenen Körpern:

Elektrisch geladene Körper üben Kräfte aufeinander aus. Dies wird im sogenannten Grundgesetz der Elektrostatik zusammengefasst:

Gleichnamig geladene Körper stoßen sich ab.
Ungleichnamig geladene Körper ziehen sich an.

Es gibt also zwei verschiedene Ladungsarten, die positive Ladung (meist durch rote Farbe gekennzeichnet) und die negative Ladung (meist durch blaue Farbe gekennzeichnet). Je größer die Entfernung der geladenen Körper ist, desto kleiner ist die Kraftwirkung.
Vergleiche hierzu auch Animation zur Kraftwirkung von Klaus Wetzstein.

Freie Beweglichkeit der Ladungen in Leitern (z.B. Metallen):

In Leitern können sich Ladungen nahezu frei bewegen.

Berührt man z.B. den ungeladenen Metallzylinder mit einer negativ geladenen Kugel an der linken Seite, so verteilen sich die negativen Ladungen sofort auf den ganzen Zylinder. Die an Seidenfäden aufgehängten Hollunderkügelchen stoßen sich ab und zeigen an, dass z.B. auch ganz rechts nach der Berührung negative Ladung sitzt.

Ladungsnachweis mit dem Elektroskop:

Ein Elektroskop besteht aus einem metallischen Gehäuse, in das isoliert ein metallisches Gestänge mit drehbarem Zeiger eingebaut ist.
Die Funktionsweise des Elektroskops basiert auf der abstoßenden Kraft zwischen gleichnamigen Ladungen.

Bringt man auf den Teller des Elektroskops z.B. negative Ladungen, so verteilen sich diese auch auf das Gestänge und den Zeiger. Der drehbar gelagerte Zeiger wird vom gleichnamigen Gestänge abgestoßen, es kommt zu einem Ausschlag (1. Ladungsnachweis). Der Zeigerausschlag wächst mit der auf den Teller gebrachten Ladungsmenge (Additivität der elektrischen Ladung).

Hinweis:
Die nebenstehende Animation zeigt die Verhältnisse am Elektroskop stark vergröbert. Für eine genauere Betrachtungsweise muss man noch das Phänomen der Influenz am Gehäuse berücksichtigen (vgl. dort).

Positive und negative Ladungen können sich in ihrer Wirkung aufheben:

Lädt man wie oben eine Elektroskop negativ auf und bringt man anschließend mit einer Metallkugel gleich viel positive Ladung auf den Teller des Elektroskops, so geht dessen Ausschlag wieder zurück. Die ursprüngliche Wirkung der negativen Ladungen wird aufgehoben, das Elektroskop ist neutral. Bringt man noch mehr positive Ladung auf, so kommt es wieder zu einem Ausschlag des Elektroskops.

Bei geladenen Körpern sitzt die Ladung auf der Außenfläche:

Da sich gleichnamige Ladungen abstoßen, ordnen sie sich möglichst weit voneinander an (so etwas kennt man auch von Menschen, die sich nicht gerne mögen). Bei Hohlkörpern befinden sich daher die Ladungen auf der Außenfläche, an der Innenfläche sitzen keine Ladungen.

Hinweis:
An den Stellen des Leiters mit kleinem Krümmungsradius (Kanten, Spitzen usw.) ist die Ladungsdichte besonders groß (Spitzenwirkung)

Elektrische Influenz

Eine Folge der Kraftwirkung zwischen geladenen Körpern ist die Influenz.

Influenz in einem Isolator:
Bringt mit in die Nähe eines neutralen Isolators einen geladenen Körper, so kommt es im Isolator zu einer geringfügigen Verschiebung der in ihm vorhanden positiven und negativen Ladungen. Da die anziehende und abstoßende Kraftwirkung zwischen ungleichnamigen und gleichnamigen Ladungen entfernungsabhängig ist, kommt es zur Anziehung des Isolators.

Influenz in einem Leiter:
Bringt mit in die Nähe eines Bandgenerators zwei in Kontakt befindliche neutrale Metallplatten, so kommt es in diesen zu einer Trennung der in ihnen vorhanden positiven und negativen Ladungen. Im Gegensatz zur Influenz beim Isolator können durch Trennung der Platten unterschiedlich geladene Leiter hergestellt werden.

Vergleiche hierzu auch:
Versuche zur Influenz
Animation zur Influenz
Versuch mit Elektroskop