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Statische Elektrizität

Die Phänomene der Elektrizität waren schon den alten Griechen und wahrscheinlich auch den übrigen antiken Welten bekannt. Aber erst vom Mittelalter an wurden diese Phänomene systematisch untersucht.

Warum knistern Haare beim Kämmen?
Wodurch entsteht ein elektrischer Schlag beim Laufen auf einem Kunststoffteppich oder beim Aussteigen aus einem Auto?

Versuch Ein Kunststoffstab wird mit einem Stück Wolle gerieben. (-) Ladungsprobe mittels Glimmlampe oder mittels Mikroamperemeter. Eine Plexiglasplatte oder ein Stab wird mit Zellstoff (Watte) gerieben.(+) Ladungsprobe.

 
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Wird ein Kunststoffstab mit Wolle gerieben, so lädt er sich elektrisch negativ auf. Wird ein Plexiglasstab mit Zellstoff (Watte) gerieben, so lädt er sich elektrisch positiv auf. Wir unterscheiden elektrisch positive und negative Ladung.

Weitere Beispiele von Ladungselektrizität:
z.B. Monitore, Erdung an Tankstellen und Tankfahrzeugen, Nylonhemden, Kunststoffteppich, Gewitter, Blitzableiter.

Auf Metallkörpern ist Elektrizität verschiebbar, sie heißen Leiter. Auf Kunststoffkörpern ist Elektrizität nicht verschiebbar, sie heißen Nichtleiter oder Isolatoren.

Kräfte zwischen positiver und negativer Ladung

Warum kleben beim Kämmen die Haare an dem Kamm?

Versuch Drehbar aufgehängte Stäbe aus Kunststoff oder Plexiglas demonstrieren das elektrostatische Grundgesetz. Kunststoff - Wolle (-) Plexiglas - Watte (+)

 
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Satz Elektrostatisches Grundgesetz:
Gleichnamige elektrische Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige elektrische Ladungen ziehen sich an.

Mit einem Elektroskop lassen sich elektrische Ladungen nachweisen.

 
ele_007 Das Elektroskop beruht auf dem elektrischen Kraftgesetz. In ein Metallgehäuse ist isoliert ein Metallstab eingeführt. An diesem ist ein leicht beweglicher Metallzeiger angebracht. Wird Ladung aufgebracht, so verteilt diese sich gleichmäßig über Metallstab und Zeiger. Je nach Menge der aufgebrachten Ladung schlägt der Zeiger aus, da gleiche Ladungen sich abstoßen. Mit dem Elektroskop lässt sich Ladung messen.

Zusammenfassung Man kennt zwei Arten von Elektrizität, positive und negative. Bringt man Elektrizität als Ladung auf einen Metallkörper, so verteilt sie sich auf diesem, weil er leitet. Auf Isolatoren aufgebrachte Elektrizität sitzt verhältnismäßig fest. Zwischen elektrisch geladenen Körpern wirken Kräfte:
Gleichnamig geladene Körper stoßen sich ab, ungleichnamig geladene ziehen sich an.
(Vergleichen Sie auch mit dem magnetischen Kraftgesetz)

Elektrizität im Ruhezustand

Elektrische Ladung, elektrische Kräfte.

Träger der elektrischen Ladungen sind die Elektronen und der Atomkern. Wir unterscheiden zwei Ladungsarten:
negative Ladung ist Elektronenladung, positive Ladung ist Kernladung.

Normalerweise befinden sich alle Gegenstände im Ladungsgleichgewicht. Wir sagen, sie sind ungeladen. Durch Reibung von z.B. Kunststoffstab mit Wolle, erfolgt eine Ladungstrennung. Der Stab wird elektrisch negativ geladen (Elektronenüberschuss). Wird Plexiglas mit Watte gerieben, so erfolgt ebenfalls eine Ladungstrennung. In diesem Fall zeigt der Stab positive Ladung (Elektronenmangel).

Auf Kunststoff oder Plexiglas sind die Ladungen unbeweglich, sie können sich an einem bestimmten Ort befinden. Bringt man hingegen elektrische Ladung auf Metallteile, z.B. eine Metallkugel, so verteilt die Ladung sich gleichmäßig über den gesamten Körper.

Auf Isolatoren ist elektrische Ladung unbeweglich, auf elektrischen Leitern ist elektrische Ladung beweglich.

Zwischen elektrischen Ladungen wirken Kräfte.
Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige Ladungen ziehen sich an.

Mit einem Elektroskop können wir nachweisen ob ein Körper geladen ist.

Ladungstrennung.
Elektrizität kann nicht erzeugt werden, sie entsteht durch Ladungstrennung. Alle Körper tragen förmlich die Elektrizität in sich. In einem neutralen Körper befinden sich beide Arten Elektrizität in gleicher Menge (Atomaufbau). Elektrizität ist in den Atomen aller Stoffe enthalten. Die Atomkerne sind positiv, die Elektronen in der Atomhülle negativ geladen. Normalerweise gleichen sich die beiden Ladungen aus, die Atome sind neutral. In Isolatoren sind sowohl die Atome als auch die Elektronen ortsfest. In Leitern gibt es bewegliche Elektronen. Werden Elektronen in Bewegung gesetzt, so erhält man einen elektrischen Strom.

Elektrisches Feld.
Im Raum um geladene Körper besteht ein elektrisches Feld. In ihm erfahren andere elektrisch geladene Körper Kräfte. (Vergleichen Sie mit dem Magnetfeld).

Das Gewitter.
Beim Gewitter erfolgt ein Ladungsausgleich zwischen den Wolken oder zwischen Wolke und Erde.