Eigenschaften von Ladung - der zweite Teil I musstewissen Physik
Summary
TLDRIn diesem informativen Clip erfahren wir, wie Elektrostatik funktioniert und welche Rolle positive und negative Ladungen spielen. Erklärt wird, dass Ladungsträger wie Elektronen bei der Aufladung von Körpern hin- und herbewegt werden. Ein neutraler Körper erhält eine Ladung, wenn er Elektronen verliert oder erhält. Leiter und Nicht-Leiter werden anhand ihrer Fähigkeit zur Ladungsträgerbewegung unterschieden, wobei Metalle als hervorragende Leiter bekannt sind, da ihre Atome Elektronen freigeben, die sich frei im Material bewegen können. Die Verwendung von Glimmlampen zur Ladeprüfung und die Auswirkungen von Ladungen auf Metallobjekte wie Elektroskope und Dosen werden demonstriert. Das Konzept des elektrischen Feldes, das von geladenen Körpern ausgeht und Kräfte auf Ladungsträger ausübt, wird erklärt. Abschließend wird das Phänomen der elektrostatischen Anziehung und Abstoßung mithilfe von Aluminiumkugeln und einem Ballon veranschaulicht, um das Verständnis für die Kraftübertragung ohne direkten Kontakt zu erhöhen.
Takeaways
- 🔋 Es gibt zwei Arten von Ladungen: positive und negative.
- 📍 Elektronen sind die Träger der negativen Ladung und um den Atomkern herumrasen.
- 🤚 Körper wie PVC-Rohre bestehen aus vielen Atomen mit fest angeordneten Kernen und beweglichen Elektronen.
- 🚫 Durch das Reiben von Körpern (Reibungselektrizität) werden Elektronen von einem Körper auf den anderen übertragen, was zu einer Ladung verursacht.
- ➕ Ein Körper mit weniger Elektronen als vorher ist positiv geladen, da er einen Elektronenmangel hat.
- ➖ Ein Körper mit einem Überschuss an Elektronen ist negativ geladen.
- 🚫 Positive Ladungsträger sind schwerer und weniger beweglich als Elektronen.
- 🔌 Leiter wie Metalle ermöglichen es Ladungsträgern, sich frei zu bewegen, im Gegensatz zu Nicht-Leitern.
- 💡 Eine Glimmlampe kann als Nachweis für die Anwesenheit von Ladung dienen, indem sie leuchtet, wenn Ladung fließt.
- 🧲 Ähnlich wie bei der Gravitation können sich geladene Körper auch ohne Berührung Kräfte aufeinander ausüben, was als Influenz bezeichnet wird.
- 🌐 Michael Faraday hat das Konzept des elektrischen Feldes eingeführt, das Kräfte auf Ladungsträger ausübt, auch wenn die Körper nicht direkt in Kontakt sind.
Q & A
Was ist Elektrostatik?
-Elektrostatik ist ein Phänomen, das auftritt, wenn durch Reibung unterschiedlicher Materialien elektrische Ladungen entstehen und sich aufteilen.
Was versteht man unter Ladungstrennung?
-Ladungstrennung bezieht sich auf die Tatsache, dass Elektronen von einem Körper auf einen anderen übertragen werden, was zu einem Mangel oder Überschuss an Elektronen führt und damit zu einer elektrischen Ladung.
Wie entstehen elektrische Ladungen?
-Elektrische Ladungen entstehen, wenn durch das Reiben von zwei Körpern Elektronen von einem Körper auf den anderen übertragen werden. Ein Körper, der Elektronen verliert, erscheint positiv geladen, während der Körper, auf den die Elektronen übergehen, negativ geladen ist.
Was ist ein Leiter?
-Ein Leiter ist ein Material, in dem elektrische Ladungsträger sich frei bewegen können, was zu einer elektrischen Leitfähigkeit führt.
Was ist ein Nicht-Leiter oder Isolator?
-Ein Nicht-Leiter oder Isolator ist ein Material, in dem die Ladungsträger nicht frei sind und sich daher nicht frei bewegen können, was zu einer geringen oder fehlenden elektrischen Leitfähigkeit führt.
Wie funktioniert eine Glimmlampe?
-Eine Glimmlampe ist ein Gerät, das verwendet wird, um die Anwesenheit von elektrischer Ladung nachzuweisen. Wenn ein Körper geladen ist, fließt die Ladung durch die Lampe, die sich dann leuchtet und den Körper wieder elektrisch neutral macht.
Was ist Influenz in Bezug auf elektrische Ladung?
-Influenz bezieht sich auf die Tatsache, dass sich die Ladung in einem Körper aufgrund der Nähe zu einem anderen, elektrisch geladenen Körper verändert, ohne dass ein direkter Kontakt stattfindet.
Wie bewegenden sich Elektronen in Metallen?
-In Metallen sind Elektronen relativ frei und können sich in der Masse des Metalls frei bewegen, was zu einer hohen elektrischen Leitfähigkeit führt.
Was versteht man unter einem elektrischen Feld?
-Ein elektrisches Feld ist ein Bereich um einen elektrisch geladenen Körper, in dem sich Kräfte auf andere Ladungsträger ausüben. Ähnlich wie ein Gravitationsfeld wirkt ein elektrisches Feld auf Ladungen in seiner Nähe.
Was passiert, wenn ein Körper negativ geladen ist?
-Wenn ein Körper negativ geladen ist, hat er einen Überschuss an Elektronen. Wenn er in Kontakt mit einem anderen Körper kommt, kann er Elektronen abgeben, was zu einem Ladungsausgleich führt.
Wie kann man die Ladungsverteilung auf einem Körper nachweisen?
-Die Ladungsverteilung kann mithilfe von Geräten wie dem Elektroskop nachgewiesen werden, das eine Verschiebung der freien Elektronen in einem Metall zeigt, wenn es in die Nähe eines geladenen Körpers gebracht wird.
Outlines
🔋 Grundlagen der Elektrostatik
In diesem Absatz werden die Grundlagen der Elektrostatik erläutert. Es wird erklärt, dass es positive und negative Ladungen gibt und wie sie in einem Atommodell verteilt sind. Elektronen, die negativ geladen sind, umkreisen den Kern eines Atoms. Körper wie ein PVC-Rohr bestehen aus vielen Atomen, die fest angeordnet sind. Elektronen werden durch Reibung von einem Körper auf einen anderen übertragen, was zu einer Ladungstrennung führt. Ein Körper, der Elektronen verliert, erscheint positiv geladen, während der andere negativ geladen ist. Es wird auch erwähnt, dass es Leiter und Nicht-Leiter gibt, und dass Metalle aufgrund ihrer freien Elektronen gut elektrisch leiten. Die Rolle von Glimmlampen als Nachweis für elektrische Ladung wird beschrieben, und es wird erklärt, wie Ladungen durch das Leuchten der Lampe neutralisiert werden können.
🧲 Einfluss von Ladungen auf Metallobjekte
Dieser Absatz konzentriert sich auf den Einfluss von Ladungen auf metallische Objekte. Es wird gezeigt, wie ein negativ geladenes PVC-Rohr die Ladung in einem Elektroskop beeinflusst, was durch das Ausschlagen des Elektroskops sichtbar wird. Die physikalische Eigenschaft der Influenz wird erklärt, bei der sich ähnliche Ladungen abstoßen und unterschiedliche Ladungen anziehen. Dies führt dazu, dass Elektronen in Metallen, die von einem geladene Körper beeinflusst werden, sich neu anordnen. Der Einfluss von Ladungen auf die Bewegung von Gegenständen, wie z.B. einer Dose, wird demonstriert, die durch die Anziehung von entgegengesetzten Ladungen auf einen Stab gezogen wird. Der Absatz schließt mit der Vorstellung des Konzepts des elektrischen Feldes nach Michael Faraday, der besagt, dass ein geladener Körper ein elektrisches Feld erzeugt, das Kräfte auf Ladungsträger ausübt, auch wenn diese nicht direkt in Kontakt sind.
Mindmap
Keywords
💡Elektrostatik
💡Ladungsträger
💡Atommodell
💡Elektronenmangel
💡Elektronenüberschuss
💡Leiter
💡Nicht-Leiter
💡Glimmlampe
💡Elektrokop
💡Influenz
💡Elektrisches Feld
Highlights
Es gibt zwei verschiedene Arten von Ladung: positive und negative.
Positive Ladung entsteht, wenn ein Körper Elektronen verliert, negative Ladung, wenn er Elektronen erhält.
Elektronen sind die Träger der negativen Ladung und umgeben den Atomkern.
Ein Körper wie ein PVC-Rohr besteht aus vielen Atomen, die fest angeordnet sind.
Reiben von Körpern führt zur Elektronenübertragung und damit zur Aufladung.
Leiter und Nicht-Leiter können sich durch ihre Fähigkeit, Ladungsträger zu bewegen, unterschieden werden.
Metalle sind因为她的导电性能好,因为他们的原子至少有一个自由elektronen.
Glimmlampe kann als Nachweis für elektrische Ladung verwendet werden.
Elektronenmangel führt zu einer positiven Ladung, Elektronenüberschuss zu einer negativen Ladung.
Influenz, auch bekannt als elektrostatische Anziehung, kann Körper bewegungslos beeinflussen.
Ähnliche Ladungen stoßen sich ab, unterschiedliche ziehen sich an, was die Bewegung von Körpern wie der Dose ohne Berührung ermöglicht.
Elektrische Felder, die von geladenen Körpern ausgeht, können Kräfte auf Ladungen ausüben, auch ohne direkten Kontakt.
Michael Faraday beschreibt das elektrische Feld als eine Veränderung des Raumes um die Ladung herum.
Elektronen in Metallen können sich aufgrund der elektrischen Felder innerhalb des Materials bewegen.
Ein Ladungsausgleich findet statt, wenn ein Körper, der negativ geladen ist, Elektronen an einen Körper mit Elektronenmangel abgibt.
Ein Ballon, der negativ geladen ist, kann die Ladung auf einer Kugel nachweisen, indem er sie anzieht oder abstoßt.
Die physikalische Konzepte von Ladungen und Feldern sind nicht intuitiv, aber durch Experimente und Beobachtungen können sie verstanden werden.
Transcripts
Im zweiten Clip zu Elektrostatik fühlen wir der Ladung noch mehr auf den Zahn.
Wir zeigen euch,
was es mit den verschiedenen elektrischen Ladungen auf sich hat,
was Ladungstrennung bedeutet, dass Influenz keine Krankheit ist,
und geben euch einen ersten Einstieg in das elektrische Feld.
Wir wissen ja, dass es zwei verschiedene Arten von Ladung gibt:
positive und negative.
Aber woher kommen diese Ladungen?
Wie stellen wir uns das mit den positiven und negativen Ladungen vor?
In unserem Atommodell,
von dem ihr möglicherweise mal in Chemie gehört habt,
gibt es einen winzigen, aber tierisch schweren positiv geladenen Kern.
Und noch winzigere, negativ geladene Teilchen,
die um den Kern herumrasen.
Diese negativ geladenen Teilchen heißen Elektronen
und die sind die Träger der negativen Ladung.
Nun besteht ein Körper, zum Beispiel dieses PVC-Rohr,
nicht nur aus einem einzigen, sondern aus unzählig vielen Atomen.
Und die sind fest angeordnet.
Die Kerne sitzen, vereinfacht gesagt, fest an ihren Positionen,
während die kleinen Elektronen beweglich und agil
um die Kerne herumflitzen.
Wenn wir so wie in der letzten Folge zwei Körper aneinander reiben
und dadurch aufladen, dann streifen wir die Elektronen vom einen Körper,
die an der Oberfläche sitzen, auf den anderen Körper ab.
Nun hat der eine Körper weniger Elektronen als vor der Aufladung,
also einen Elektronenmangel und erscheint uns dadurch positiv geladen.
Die Elektronen sind auf den anderen Körper übergangen,
der nun einen Elektronenüberschuss hat und so negativ geladen ist.
Es bewegen sich in der Elektrostatik also immer nur Elektronen,
die negativen Ladungsträger, hin und her.
Da die positiven Ladungsträger fest und schwer sind,
zumindest im Vergleich zu den kleinen Elektronen,
lädt man einen neutralen Körper positiv auf,
indem man ihm Elektronen zockt.
Er hat gleich viele positive Ladungsträger wie vorher, aber nun weniger Elektronen.
Genau das bedeutet "positiv aufgeladen".
Körper, die keine elektrische Ladung zeigen, also elektrisch neutral sind,
haben gleich viele positive, wie negative Ladungsträger.
Erst wenn wir ein paar Elektronen klauen oder dazupacken,
bekommt ein neutraler Körper eine positive oder negative Ladung.
Wir können verschiedene Materialien dahingehend einteilen,
wie sie sich gegenüber Ladung verhalten.
Grob kann man erst mal zwischen Leiter und Nicht-Leiter unterscheiden.
Das heißt, die Ladungsträger können sich darin frei bewegen.
Ein elektrischer Nicht-Leiter oder Isolator hat diese Eigenschaft nicht.
Dennoch kann er Ladung an seiner Oberfläche speichern.
Das kennen wir von der Reibungselektrizität.
Das heißt, auch Nicht-Leiter können sich aufladen
wie unser Glasstab oder unser Rohr.
Ein Beispiel für ein Material, das sehr gut elektrisch leitet, sind Metalle.
Die Atome von Metallen haben,
salopp gesagt, mindestens ein Elektron über.
Die Kerne hängen nicht so sehr an den Elektronen,
die am weitesten vom Kern entfernt sind.
Jedes Metallatom lässt eins oder mehrere dieser äußersten Elektronen frei.
Die freien Elektronen können nach Lust und Laune durch das Metall flitzen.
In so einem Metall, das aus unfassbar vielen Atomen besteht,
herrscht also auch ein Riesengetümmel an freien Elektronen.
Jetzt kommt unsere Glimmlampe zum Einsatz.
Eine Glimmlampe dient nun als Nachweis, dass Ladung vorhanden ist.
Finden wir Ladung, so fließt diese Ladung durch die Glimmlampe
und bringt die dabei zum Leuchten.
Wenn unser Gegenstand positiv geladen ist,
also einen Elektronenmangel hat,
dann holt sich der Gegenstand bei Kontakt die Elektronen von mir.
Diese fließen dann durch die Glimmlampe, bringen sie zum Leuchten
und sorgen dann dafür, dass die Stelle wieder elektrisch neutral ist.
Ist ein Körper negativ geladen,
dann fließen die Elektronen aus dem Überschuss
durch die Lampe zu mir ab und bringen dann das Lämpchen zum Leuchten.
In jedem Fall ist die Stelle, die wir untersuchen,
nach dem Leuchten wieder elektrisch neutral.
Denn hier hat ein Ladungsausgleich stattgefunden.
Wenn Elektronen in Metallen freibeweglich sind,
dann hat das sicherlich die eine oder andere Auswirkung.
Hier haben wir einen aufgeladenen PVC-Stab.
Den bringen wir in die Nähe vom Elektroskop und bäm:
Man sieht einen Ausschlag, auch wenn der Stab das Elektroskop nicht berührt.
Entfernt sich der Stab wieder, dann verschwindet auch der Ausschlag.
Elektrische Ladung, ohne dass sich was berührt?
Zweifelsohne ein Fall für:
Elektro! Ich kann Sachen bewegen, ohne dass ich sie berühre.
Na ja, nicht ganz.
Was ihr hier seht, ist nicht das Werk eines Superhelden,
sondern das nennt man in der Physik Influenz.
Halten wir das PVC-Rohr nah an das Elektroskop,
dann schlägt es aus.
Nehmen wir es wieder weg, dann ist auch der Ausschlag weg.
Noch mal dran und noch mal wieder weg.
Der geladene Stab beeinflusst ziemlich offensichtlich
die Ladung in unserem Elektroskop.
Das ist schließlich aus Metall
und in Metallen gibt es einen Schwarm von freibeweglichen Elektronen.
Da sich gleichartige Ladungen abstoßen und verschiedenartige anziehen,
werden die freien Elektronen im Elektroskop
von der sich annähernden negativen Röhre nach unten gedrückt.
Da stoßen sich dann die beiden Alufähnchen ab.
Wenn ich den PVC-Stab wieder wegnehme,
dann können die Elektronen wieder an ihren ursprünglichen Ort zurück
und sich wieder gleichmäßig im ganzen Elektroskop verteilen.
Dann sehen wir keinen Ausschlag mehr.
Influenz kann man bei allen metallischen Objekten beobachten,
wie zum Beispiel auch bei dieser Dose hier.
Mit einem aufgeladenen PVC-Rohr kann ich die über die Werkbank ziehen,
ohne sie zu berühren.
Man könnte meinen, das sei das Machwerk von:
Elektro! Ich kann Sachen bewegen, ohne sie anzufassen.
Nee, Quatsch, das ist Influenz.
Auch hier verschieben sich die Ladungen in der Dose.
Der negativ geladene Stab
drückt die freien Elektronen in der Dose von sich weg,
sodass die Seite, die zum Stab zeigt, positiv geladen ist.
Und gegensätzliche Ladungen ziehen sich an
und schon rollt die Dose auf den Stab zu.
Mit diesem Versuchsaufbau können wir tatsächlich nachweisen,
dass sich Elektronen in Metallen verschieben.
Hier sind zwei Alukugeln in Kontakt,
das heißt für Elektronen bilden die, vereinfacht gesagt, einen großen Körper.
Wenn wir jetzt den negativ geladenen Stab dranhalten,
dann werden die Elektronen hier rübergedrängt.
Und wenn wir den Kontakt trennen ...
Dann sind hier tatsächlich mehr Elektronen als auf dieser Kugel.
Das heißt, diese Kugel ist positiv geladen und diese Kugel jetzt negativ.
Das glaubt ihr nicht?
Das zeigen wir euch mit unserem negativ geladenen Ballon,
dass das tatsächlich so ist.
So, negativer Ballon an positiv geladene Kugel.
Gegensätzliche Ladungen ziehen sich an.
Und hier auf der Seite stoßen sie sich ab.
Das heißt, sie sind gleich geladen, beide negativ.
Die positiv geladene Kugel zieht den Ballon an.
Und die negativ geladene Kugel, die stößt ihn weg.
Das, was hier passiert ist, nennt der Physiker sinnhafterweise:
Also, das Auftrennen in negative und positive Ladungen.
Dass Körper Kräfte aufeinander ausüben können,
auch wenn sie sich nicht berühren, erscheint erst mal ein wenig abgefahren.
Man kennt das von der Gravitation, denn alles fällt, klar, zur Erde hin.
Dennoch ist die Fernwirkung einer Kraft nicht besonders intuitiv.
Daher hat der englische Physiker Michael Faraday
einen geschickten Kniff angewendet und sagt einfach:
Da, wo ein geladener Körper ist, da ist auch ein elektrisches Feld.
Dieses Feld übt die Kräfte auf die Ladungsträger aus.
Noch mal: Ladung verändert den Raum um die Ladung herum,
auch wenn wir das nicht sehen oder sonst wahrnehmen können.
Das Feld, das dadurch entsteht,
verursacht dann die Kräfte auf die elektrisch geladenen Körper
oder auf die Ladungsträger in diesem Feld.
Zu dem Thema "elektrische Felder" gibt's noch ein weiteres Video.
Für heute reicht's erst mal.
Einen Spickzettel haben wir auch noch für euch.
Untertitel im Auftrag des ZDF für funk, 2017
Weitere ähnliche Videos ansehen
Ladung einfach erklärt I musstewissen Physik
Redoxreaktion Teil 2 I musstewissen Chemie
Warum stehen Feldlinien senkrecht auf leitenden Oberflächen?
Die elektrische Leitfähigkeit von Metallen | alpha Lernen erklärt Chemie
Redoxtitration - Manganometrie I Kaliumpermanganat
Atommodell nach Niels Bohr I musstewissen Chemie
5.0 / 5 (0 votes)