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Aufgabe

Kugel zwischen Platte und Stift

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Abb. 1 Aufbau, Durchführung und Beobachtung des Versuchs zum Verhalten einer Kugel zwischen geladener Platte und Stift

Eine an einem isolierenden Faden aufgehängte Metallkugel befindet sich zwischen einer Metallplatte und einem spitzen Metallstift. Die Kugel ist näher an der Platte als am Stift.

Betrachte den "Versuchsablauf" in der Animation in Abb. 1 und beantworte dann die folgenden Fragen:

a)  Warum bewegt sich die Kugel zunächst zum Metallstift und nicht zur Metallplatte, obwohl doch der Stift von der Kugel weiter entfernt ist?

b)  Warum kommt es anschließend zur Pendelbewegung der Kugel zwischen Stift und Platte?

c)  Warum nimmt die Frequenz der Pendelbewegung ab, wenn die Spannung am Netzgerät verkleinert wird?

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a)Aufgrund der geladenen Platte und des geladenen Stifts findet in der Kugel eine Ladungstrennung (Influenz) statt. Wegen der starken Krümmung an der Stiftspitze ist bei diesem die Ladungsträgerkonzentration höher als an der ebenen Platte. Die Kugel bewegt sich auf den Stift zu.

b)Bei der Berührung des Stifts wird die Kugel positiv aufgeladen (genauer: Elektronen der Kugel gehen zum Pluspol der Quelle). Es kommt zur Abstoßung vom Stift und zur Anziehung durch die negativ geladene Platte. An der Platte erfolgt eine Umladung der Kugel und somit ergibt sich eine Bewegung auf den Stift zu usw.

c)Bei abnehmender Spannung ist die jeweilige Aufladung von Platte und Stift geringer. Somit werden die abstoßenden Kräfte kleiner und die Frequenz der Pendelbewegung verringert sich.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Elektrizitätslehre

Ladungen & Felder - Mittelstufe