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Grundwissen

Elektrizität und Ladung

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Es gibt zwei unterschiedliche Ladungsarten: positive und negative Ladung.
  • Gleichnamige Ladungen stoßen sich gegenseitig ab, ungleichnamige ziehen sich an.
  • Ladungen sind die Ursache dafür, dass sich Gegenstände anziehen und abstoßen können.
  • Eine Folge der Kraftwirkung zwischen Ladungen ist die Influenz.
Aufgaben Aufgaben

Ladungen im Luftballon

Alle Dinge bestehen aus sehr kleinen Bausteinen. Diese Bausteine nennt man Atome. Auch ein Luftballon besteht aus Atomen. In allen Atomen gibt es Ladungen. Diese Ladungen sind entweder positive Ladungen oder negative Ladungen (in Abb. 1 dargestellt als rote Kugeln mit + und blaue Kugeln mit -).
In Wirklichkeit sind Atome viel kleiner, als in Abb. 3 gezeigt. So klein, dass du sie nicht einmal mit einem optischen Mikroskop sehen kannst. Es sind auch unvorstellbar viele Atome. Die Größe und Menge der Atome in Abb. 1 ist also ein Modell. Die modellhaft Farbe der Ladungen hat nichts mit der wirklichen Farbe der Teilchen zu tun.  

Alle physikalischen Phänomene, die als Ursache Ladungen haben, sind Elektrizität.

Geladene Körper

Hat ein Körper gleich viele positive wie negative Ladungen, so ist der Körper ungeladen bzw. elektrisch neutral. Besitzt ein Körper mehr negative als positive Ladungen, so herrscht ein Überschuss von negativen Ladungen und der Körper ist negativ geladen. Besitzt er weniger negative Ladungen als positive Ladungen, so herrscht ein Überschuss von positiven Ladungen und der Körper ist positiv geladen.

Wenn du mit dem Wolltuch an einem Luftballons reibst, wandern negative Ladungen vom Wolltuch in den Luftballon (Abb. 2.1).
Der Luftballon hat nun mehr negative Ladungen als positive Ladungen (Abb. 2.1). Der Luftballon ist also negativ geladen.
Ein negativ geladener Körper wird oft komplett in blau mit einem Minus dargestellt (Abb. 2.3).
Ein positiv geladener Körper wird oft komplett in rot mit einem Plus dargestellt.

Kraft zwischen geladenen Körpern

Abb. 3 Kraft zwischen geladenen Körpern

Das Grundgesetz der Elektrostatik, der Lehre von den ruhenden Ladungen besagt: Zwei geladene Körper üben eine Kraft aufeinander aus. Zwei negative Ladungen stoßen sich ab, genauso wie zwei positive Ladungen. Eine negative Ladung und eine positive Ladung ziehen sich an.

Genauso wie Ladungen, stoßen sich gleichnamig geladene Körper ab, ungleichnamig geladene Körper ziehen sich an.

Mit zunehmendem Abstand der geladenen Körper nimmt dieser Kraftbetrag ab. Je größer die Entfernung der geladenen Körper voneinander ist, desto kleiner ist also die anziehende oder abstoßende Kraftwirkung.

 

Ein Experiment zur Abstoßung von Ladungen

Du kannst zuhause ein einfaches Experiment machen. Nehme zwei Luftballons und hänge sie jeweils an einen Faden. Reibe nun beide Luftballons an einem Wolltuch. Die beiden Luftballons stoßen sich nun ab.

Wenn du mit dem Wolltuch an den Luftballons reibst (Abb. 4.1 und Abb. 4.2),
wandern negative Ladungen vom Wolltuch in den Luftballon.
Die Luftballons haben nun mehr negative Ladungen als positive Ladungen (Abb. 4.3).
Beide Luftballons sind negativ geladen. Im Bild dargestellt durch die blaue Farbe und das Minus. Die negativ geladenen Körper stoßen sich ab (Abb. 4.4).
Die beiden Luftballons werden voneinander weggedrückt (Abb. 4.5).

Ein Experiment zur Anziehung von Ladungen

Du kannst auch ein anderes Experiment mit einem Luftballon durchführen. Dafür brauchst du feine Papierschnipsel, einen Luftballon und ein Wolltuch. Reibe mit dem Wolltuch am Luftballon und halte ihn dann über die Papierschnipsel. Du kannst nun beobachten, wie die Papierschnipsel anfangen sich aufzurichten und zu tanzen. Manche "kleben" richtig am Luftballon. Die Papierschnipsel werden vom Luftballon angezogen.

Nach dem Reiben mit dem Wolltuch hat der Luftballon mehr negative Ladungen als positive Ladungen (Abb. 5.1).
Der Luftballon ist also negativ geladen. Deshalb stößt er die negativen Ladungen in den Papierschnipseln ab und zieht die positiven Ladungen dort an. Die Ladungen in den Papierschnipseln verschieben sich dadurch (Abb. 5.2).
Die Papierschnipsel haben nun eher positiv geladene Stellen und eher negativ geladene Stellen (Abb. 5.3).
Die positiv geladene Stelle in einem Papierschnipsel wird vom negativen Luftballon angezogen. Der Luftballon stößt außerdem die negative Stelle ab. Die negative Stelle ist aber weiter weg vom Luftballon. Dadurch ist die anziehende Kraft stärker als die abstoßende Kraft. Die Papierschnipsel werden insgesamt vom Luftballon angezogen (Abb. 5.4 und Abb. 5.5).

Diesen Vorgang der Ladungsverschiebung durch den Einfluss eines geladenen Körpers nennt man elektrische Influenz.

Erdung von Körpern

Public domain, via Wikimedia Commons Unbekannter Autor
Abb. 6 Schaltsymbol für Erdung

Wenn du einen Körper erdest, fließen alle Ladungen von diesem Körper ab. Dafür verbindest du den Körper mit der Erde oder einer gelb-grün markierten Erdungsbuchse eines Netzgerätes. Egal, ob der Körper vorher positiv oder negativ geladen war, nach der Erdung ist der Körper elektrisch neutral.

Das funktioniert, weil die Erde praktisch ein unendlich großer Vorrat an positiven und negativen Ladungen, also an Protonen und Elektronen ist. Dabei ist die Menge and Protonen und Elektronen fast gleich. Aber auch wenn sich ein paar Elektronen mehr oder weniger in oder auf der Erde befinden, ändert sich aufgrund der großen Anzahl der Ladungen insgesamt an der elektrischen Neutralität der Erde praktisch nichts. Erdest du nun einen geladenen Körper, so nimmt sich der Körper nun aus diesem großen Ladungsvorrat der Erde einfach so viele Elektronen bzw. gibt einfach so viele Elektronen an die Erde ab, bis der Körper - genau wie die Erde - wieder elektrisch neutral ist.

Ein Beispiel für die Erdung ist der Blitzableiter. Wenn ein Blitz einschlägt, werden die überschüssigen Ladungen durch den Blitzableiter in die Erde abgeleitet. Aber auch elektrische Anlagen müssen häufig ausgeschaltet und anschließend geerdet werden, bevor Techniker an diesen Arbeiten können. Das Erdsymbol in Abb. 6 zeigt in einem Schaltplan den Punkt, an dem ein elektrisches System oder Gerät mit der Erde verbunden ist.

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Elektrizität und Ladung

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