Ladung einfach erklärt I musstewissen Physik

Summary

Dieses Video erklärt die Grundlagen der Elektrostatik und wie sie entsteht. Es beginnt mit der Frage nach Berührungselektrizität und führt historische Beobachtungen von Thales von Milet ein, der den Effekt nach dem griechischen Wort für Bernstein benannte. Der Fokus liegt auf Experimenten mit Ballons und Haaren, die zeigen, wie Körper durch Reiben entgegengesetzte Ladungen anziehen oder abstoßen. Der französische Wissenschaftler Charles du Fay stellte fest, dass Körper durch das Reiben Ladung austauschen. Das Konzept der positiven und negativen Ladungen wird erläutert, sowie die Idee, dass Ladungen unterschiedlich stark sein können. Ein Elektroskop, ein Gerät zur Messung von Ladungen, wird verwendet, um die Stärke von Ladungen zu visualisieren. Das Video schließt mit der Erklärung ab, dass die Gesamtladung in einem Körper immer gleich bleibt und dass das Trennen oder Kombinieren von Ladungen die Grundlage für alle elektrostatischen Phänomene ist.

Takeaways

• 🎈 Die Berührungselektrizität entsteht durch das Reiben verschiedener Materialien miteinander, was zu einer Ladung führt.
• 👤 Thales von Milet beobachtete schon im Altertum, dass Bernstein durch das Reiben mit Wolle anziehen kann.
• 🔋 Durch das Reiben entstehen zwei Arten von Ladungen, die sich gegenseitig anziehen oder abstoßen.
• 🤔 Charles du Fay entdeckte, dass Körper durch das Reiben Ladung austauschen, was als Reibungselektrizität bekannt ist.
• 🚫 Aufgeladene Körper wie Ballons stoßen sich nach dem Reiben ab, was darauf hindeutet, dass sie die gleiche Art von Ladung tragen.
• 🔬 Es gibt zwei benannte Arten von Ladungen: positive und negative Ladung.
• 🟢+🔵 Die Farbe Codes für Ladungen sind Rot für positive und Blau für negative Ladung.
• 🔑 Die Ladung kann in unterschiedlicher Stärke existieren, was die Intensität der Wechselwirkungen zwischen Körpern bestimmt.
• 🛠️ Ein Elektroskop ist ein Werkzeug, das verwendet wird, um die Art und Stärke von Ladungen zu messen.
• ⚖️ Die Gesamtladung in einem System bleibt konstant, was das Gesetz der Erhaltung der Ladung bedeutet.
• 🔄 Beim Reiben werden Ladungen getrennt oder zusammengeführt, was zu elektrostatischen Effekten führt.
• 🏠 Die meisten Körper sind elektrisch neutral, da sie gleich viele positive und negative Ladungen tragen.

Q & A

Was ist Elektrostatik?

Elektrostatik ist ein Teil der Physik, der sich mit der Aufladung von Körpern durch Reibung oder Kontakt beschäftigt. Es umfasst die Art und Weise, wie Ladungen auftreten und wie sie sich auswirken können.

Was ist Berührungselektrizität?

Berührungselektrizität ist ein Phänomen, bei dem sich durch das Berühren oder Reiben von Materialien gegeneinander Ladung aufbaut. Dies kann zum Beispiel durch das Reiben von Wolle an einem Ballon verursacht werden.

Wer war Thales von Milet und was beobachtete er?

Thales von Milet war ein Philosoph und Mathematiker aus dem antiken Griechenland. Er beobachtete, dass wenn man Wolle an Bernstein reibt, der Bernstein kleine Dinge wie Oregano oder Pfeffer anheben kann, was er nach dem griechischen Wort für Bernstein, 'Electron', benannte.

Was passiert, wenn man einen Ballon an Haaren reibt?

Wenn man einen Ballon an Haaren reibt, wird der Ballon negativ geladen und die Haare positiv. Dadurch kann man die Haare mit dem Ballon anziehen, nachdem der Ballon an den Haaren gerieben wurde.

Wie beobachtete Charles du Fay die Ladung von Körpern nach dem Reiben?

Charles du Fay bemerkte, dass nicht nur die Ballons nach dem Reiben aufgeladen sind, sondern auch die Haare. Er kam zu der Idee, dass beim Reiben Ladung zwischen den Körpern ausgetauscht wird, was als Berührungselektrizität oder Reibungselektrizität bekannt ist.

Was ist die Bedeutung der verschiedenen Arten von Ladungen?

Die verschiedenen Arten von Ladungen bedeuten, dass es zwei Pole gibt: positive und negative Ladung. Körper mit gleicher Art der Ladung stoßen sich ab, während Körper mit unterschiedlichen Ladungen sich anziehen.

Wie kann man mit verschiedenen Materialien herausfinden, welche Ladung sie haben?

Man kann Materialien gegeneinander reiben und beobachten, ob sie sich anziehen oder abstoßen. Je nachdem, ob die Materialien die gleiche oder unterschiedliche Ladung erhalten, kann man feststellen, welche Art von Ladung sie haben.

Was sind die Farben, die für positive und negative Ladungen verwendet werden?

In der Regel wird Rot für positive Ladungen und Blau für negative Ladungen verwendet.

Wie kann man die Stärke einer Ladung messen?

Man kann die Stärke einer Ladung messen, indem man ein Elektroskop verwendet. Je stärker die Ladung ist, desto weiter werden die Fähnchen des Elektroskops auseinander gehalten.

Was ist der Unterschied zwischen einem elektrisch neutralen Körper und einem Körper, der nicht geladen ist?

Ein elektrisch neutraler Körper hat gleich viele positive und negative Ladungen, die ihre Wirkungen aufheben. Ein Körper, der nicht geladen ist, hat keine überschüssigen Ladungen, also weder positive noch negative.

Was ist die Grundregel der Elektrostatik, die alle Phänomene dieser Disziplin umfasst?

Die Grundregel der Elektrostatik ist die Konservation der Ladung. Dies bedeutet, dass die Gesamtmenge der Ladung in einem System immer gleich bleibt, unabhängig von der Art der Ladungsbewegung oder -umwandlung.

Outlines

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🎈 Grundlagen der Elektrostatik

Dieser Absatz behandelt die Grundlagen der Elektrostatik, einschließlich der Berührungselektrizität und Reibungselektrizität. Es wird erklärt, wie durch das Reiben verschiedener Materialien Ladung entsteht, was Thales von Milet 600 v. Chr. entdeckte, als er bemerkte, dass Bernstein durch das Reiben mit Wolle anziehen kann. Der Absatz zeigt auch, dass geladene Körper wie Ballons und Haare sich abweisen und nicht anziehen. Charles du Fay stellte fest, dass durch das Reiben Ladung ausgetauscht wird, was als Berührungselektrizität bekannt ist. Es wird auch darauf hingewiesen, dass es zwei Arten von Ladungen gibt, die als positiv und negativ bezeichnet werden, und dass Ladung in verschiedenen Mengen existiert, die durch das Elektrosko, ein selbstgebautes Gerät, gemessen werden kann.

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🔋 Die Stärke der Ladung und das Elektroskop

In diesem Absatz wird die Idee der unterschiedlichen Stärken von Ladungen erörtert. Es wird gezeigt, dass die Stärke der Ladung auf den Ballons, die sich abstoßen, variiert und dass es sich um verschiedene Mengen von Ladung handeln könnte. Um dies zu messen, wurde ein Elektroskop konstruiert, das aus Metall besteht und die Ladung gleichmäßig verteilt. Das Elektroskop zeigt an, ob ein Objekt geladen ist und wie stark die Ladung ist, indem man beobachtet, wie weit die Fähnchen sich voneinander abstoßen. Durch das Reiben von Materialien wie PVC-Rohr und Wolllappen oder Glasstab und Seide werden unterschiedliche Ladungen erzeugt. Das Elektroskop kann auch dazu verwendet werden, um die Wirkung von positiven und negativen Ladungen zu demonstrieren, indem man es mit geladenen Körpern in Kontakt bringt und beobachtet, wie sich die Fähnchen zusammenziehen oder auseinanderdriften. Schließlich wird betont, dass die Gesamtmenge der Ladung in einem Körper immer gleich bleibt, was als Gesetz der Ladungserhaltung bekannt ist.

Keywords

💡Elektrostatik

Elektrostatik ist ein Bereich der Physik, der sich mit der Aufladung von Körpern durch Reibung oder Kontakt beschäftigt. Im Video wird die Elektrostatik durch das Reiben von Materialien miteinander erkundet, was zu einer Aufladung führt, die in verschiedenen Experimenten sichtbar wird.

💡Reibungselektrizität

Reibungselektrizität tritt auf, wenn durch das Reiben zweier unterschiedlicher Materialien Ladung erzeugt wird. Im Video wird dies durch das Beispiel des Ballons und des Haares veranschaulicht, bei dem das Reiben des Ballons an den Haaren zu einer Aufladung führt, die das Haar anziehen kann.

💡Thales von Milet

Thales von Milet war ein antiker griechischer Philosoph, der ein frühes Beispiel der Reibungselektrizität beobachtete. Im Video wird seine Beobachtung genannt, dass Bernstein, nachdem er mit Wolle gerieben wurde, in der Lage ist, kleine Partikel anzuziehen, was den Ursprung der Benennung von 'Elektrizität' aus dem griechischen Wort für Bernstein ist.

💡Ladung

Ladung ist eine Eigenschaft von Materie, die durch das Auftreten von elektrischen Kräften sichtbar wird. Im Video wird die Ladung durch das Experiment des Reibens von Ballons und anderen Materialien vermittelt, was zeigt, dass es zwei Arten von Ladungen gibt, die entweder anziehen oder abstoßen.

💡Elektroskop

Ein Elektroskop ist ein Gerät, das verwendet wird, um die Art und Menge der elektrischen Ladung zu messen. Im Video wird ein einfaches Elektroskop aus Metall hergestellt und verwendet, um die Ladung von Materialien nach dem Reiben zu demonstrieren und zu messen.

💡Aufladung

Aufladung bezieht sich auf den Zustand eines Körpers, der eine nicht ausgeglichene Menge an elektrischer Ladung hat. Im Video wird die Aufladung durch das Reiben von Ballons und anderen Materialien erzeugt, was zu einer Wechselwirkung zwischen den geladenen Körpern führt.

💡Entladung

Entladung ist der Vorgang, bei dem elektrische Ladung von einem Körper auf einen anderen übertragen wird. Im Kontext des Videos tritt die Entladung auf, wenn durch das Reiben Ladungen von einem Material auf ein anderes übertragen werden, was zu den beobachteten Effekten führt.

💡Positiv/Negativ geladen

Positive und negative Ladung sind die beiden grundlegenden Arten von elektrischer Ladung. Im Video werden diese Konzepte eingeführt, um die Wechselwirkungen zwischen geladenen Körpern zu erklären. Ein Körper, der durch das Reiben negativ geladen wird, wie ein Ballon, kann andere Körper anziehen oder abstoßen, je nachdem, ob diese ebenfalls negativ oder positiv geladen sind.

💡Metall

Metalle sind Materialien, die aufgrund ihrer Elektronenkonfiguration gut zur Leitung von elektrischer Ladung dienen. Im Video wird das besondere Verhalten von Metallen in Bezug auf Ladungen hervorhegt, indem gezeigt wird, wie Ladung auf einem Elektroskop, das aus Metall besteht, gleichmäßig verteilt wird.

💡Farbe für Ladung

Im Video werden Farben als visuelle Hilfsmittel verwendet, um Ladungen zu repräsentieren: Rot für positive Ladung und Blau für negative Ladung. Diese Farbcodierung hilft dabei, die verschiedenen Arten von Ladungen und ihre Wechselwirkungen in den Experimenten zu veranschaulichen.

💡Gesamtmenge der Ladung

Die Gesamtmenge der Ladung bezieht sich auf das Konzept der Erhaltung der elektrischen Ladung, wonach die Summe der Ladung in einem geschlossenen System konstant bleibt. Im Video wird dies durch Experimente verdeutlicht, bei denen durch das Reiben von Materialien Ladungen erzeugt und verschoben werden, ohne dass die Gesamtladung des Systems verändert wird.

Highlights

Elektrostatik untersucht, was Berührungselektrizität ist.

Thales von Milet beobachtete, dass geriebener Bernstein kleine Objekte anzieht.

Thales benannte den Effekt nach dem griechischen Wort für Bernstein, 'Electron'.

Elektrische Ladung kann durch Reiben auftreten und verändert das Verhalten von Körpern.

Charles du Fay stellte fest, dass Körper durch Reiben Ladung austauschen.

Es gibt zwei Arten von Ladung: positiv und negativ.

Geladene Körper können ohne direkten Kontakt Kräfte aufeinander ausüben.

Verschiedene Materialien erzeugen unterschiedliche Arten von Ladung beim Reiben.

Ein Ballon, der an Haaren gerieben wird, weist eine negative Ladung auf.

Ladung kann quantifiziert werden, indem man beobachtet, wie stark Körper sich abstoßen.

Das Elektroskop ist ein Werkzeug, das verwendet wird, um die Art und Stärke von Ladung zu messen.

Metalle verteilen Ladung gleichmäßig, was sich in der Ausbreitung von Elektroskopfähnchen zeigt.

Die Ladung auf dem Elektroskop kann durch Berühren mit anderen geladenen Körpern verändert werden.

Positive und negative Ladungen können neutralisieren, was zur Senkung der Elektroskopfähnchen führt.

Die Gesamtmenge der Ladung in einem System bleibt bei Elektrostatischen Prozessen konstant.

Elektrostatische Phänomene basieren auf der Trennung oder Zusammenführung von Ladungen.

Körper, die elektrisch neutral sind, tragen gleich viele positive und negative Ladungen.

Transcripts

In diesem Clip steigen wir ein in die Elektrostatik.

Was ist Berührungs- oder Reibungselektrizität?

Die Form von Ladung und die Eigenschaften von Ladung.

* Musik *

Wenn wir diesen Ballon hier an meinen Haaren reiben,

dann können wir damit die Haare zu Berge stehen lassen.

Okay, das ist jetzt nicht die neueste Erkenntnis,

aber wir wollen dieses Phänomen mal physikalisch untersuchen.

Was ist denn da los?

Ich bin nicht der Erste, der sich das fragt.

Nein, auch im alten Griechenland, 600 vor Christus,

gab es jemanden, der Ähnliches beobachtet hat.

Wir sprechen von Thales von Milet und der hat Folgendes beobachtet:

Wenn man Wolle an Bernstein reibt,

kann man den Bernstein dafür nutzen, kleine Dinge anzuheben,

zum Beispiel Oregano oder Pfeffer.

* Quietschen *

Davon war der gute Thales so von den Socken,

dass er den Effekt nach dem griechischen Wort für Bernstein, Electron, benannte.

Das kleine Kunststück machte zwar mächtig Eindruck,

aber was da genau passiert, das wusste niemand.

Klar ist, dass durch das Reiben irgendwas mit dem Bernstein geschieht.

Er verhält sich anders als ein Bernstein, der nicht gerieben wurde.

Sagen wir mal, nur, damit wir über dieses Phänomen reden können,

durch das Reiben laden wir den Bernstein auf.

Mit was auch immer und auch wenn wir nicht genau wissen, was passiert.

Der Trick klappt nicht nur mit Bernstein, auch mit einem Ballon funktioniert es.

Oder mit so einem PVC-Stab.

Schwupps fliegt die Gewürzmischung hoch.

Man könnte meinen, dass alle Körper, die aufgeladen sind,

andere Sachen anziehen, aber nicht so schnell.

Wir haben mal zwei Ballons an eine Stange gehängt

und laden die auf.

Simon gibt alles.

So, wir sehen, die zwei Ballons, die ziehen sich nicht gegenseitig an.

Sondern ganz im Gegenteil, die stoßen sich ab.

Falls euch die Erklärung nicht sofort ins Auge springt, keine Sorge.

Das hat auch in der Geschichte 2000 Jahre gedauert.

1733 war es der Franzose Charles du Fay,

dem beim Reiben verschiedener Materialien mit verschiedenen Stoffen

folgender Gedanke kam:

Nicht nur die Ballons sind nach dem Reiben aufgeladen,

sondern auch die Haare.

Vor dem Reiben sieht es aber noch anders aus.

Hier zieht weder der Ballon die Haare an noch umgekehrt.

Erst nach dem Reiben muss irgendwas zwischen den Körpern passieren.

Charles du Fays Idee:

Zwischen den Körpern wird beim Reiben Ladung ausgetauscht.

Und das nennt man Berührungs- oder passenderweise Reibungselektrizität.

Was diese Ladung ist, wissen wir noch nicht.

Aber das Experiment mit den Ballons legt nahe,

dass es zwei Arten von Ladung gibt.

Der Ballon bekommt beim Reiben die eine Art der Ladung,

die Haare die andere.

So wie die beiden Ballons.

So wie die Haare und der Ballon.

Total verrückt ist, dass irgendwie der eine Körper weiß,

was der andere für eine Ladung hat.

Reibe ich den Ballon an meinen Haaren,

kann ich danach mit meinen Haaren den Ballon anziehen.

Ohne sich zu berühren üben die Körper eine Kraft aufeinander aus.

Das ist abgefahren und wir müssen das

in einem weiteren Video genauer unter die Lupe nehmen.

Wir spielen jetzt mit verschiedenen Materialien herum.

Wenn es zwei Arten von Ladung gibt

und unser Ballon schon die eine Art der Ladung trägt,

dann können wir ihn ja direkt zum Messinstrument upgraden.

Ich rubbel jetzt dieses PVC-Rohr an einem Wolllappen

und wir sehen ...

PVC-Rohr und Luftballon stoßen sich ab.

Sie tragen also die gleiche Ladung.

Und jetzt das Gleiche mit einem Glasstab und Seide.

Ta-da: Glasstab und Ballon ziehen einander an.

Sie tragen also unterschiedliche Ladung.

Wenn man das mit verschiedenen Materialien

und allen möglichen Kombinationen ausprobiert, weiß man danach:

Welcher Stoff mit welchem kombiniert

entweder so geladen ist wie der Ballon oder anders.

Damit wir nicht sagen müssen "so geladen wie der Ballon",

wäre es hilfreich, den beiden Ladungen Namen zu geben.

Wir könnten sie ja Simon und Eduard nennen.

Das fänden wir geil.

Man hat sich im Laufe der Geschichte auf etwas Zeitloseres geeinigt.

Die eine Ladung nennt man "positiv", die andere "negativ".

Was jetzt positiv und negativ ist, das hat man auch einfach festgelegt.

Wenn wir den Ballon an den Haaren reiben,

dann ist er danach negativ geladen und meine Haare sind positiv.

Klar, was könnte schon an deinen Haaren negativ sein?

Daraus ergibt sich folgende Übersicht, was negativ und positiv geladen ist.

Wenn wir die Haare am Ballon reiben,

sind die Haare positiv geladen und der Ballon negativ.

Positiv geladene Körper bekommen ein Plus,

negativ geladene ein Minus.

Außerdem benutzen wir die Farbe Rot für positive Ladung

und Blau für negative.

Wenn wir Wolle am Ballon reiben,

ist die Wolle positiv und der Ballon negativ geladen.

Beim PVC-Rohr und der Wolle

wird nach dem Reiben die Wolle positiv und das PVC-Rohr negativ geladen.

Bei Glas und Seide ist nach dem Reiben

das Glas positiv geladen und die Seide negativ.

Es gibt nicht nur zwei unterschiedliche Arten von Ladung.

Nein, Ladung kann auch unterschiedlich stark sein.

Manchmal stoßen sich unsere Ballons total stark voneinander ab

und manchmal nur ein bisschen.

Wir können uns fragen, ob es Ladung in verschiedenen Mengen gibt?

Auf den Ballons, die sich stärker abstoßen,

sollte mehr Ladung sitzen als auf den Ballons,

die sich weniger stark abstoßen.

Wenn es unterschiedliche Mengen von Ladung gibt,

kann man die dann einfach addieren?

Um dem auf die Schliche zu kommen, haben wir uns ein Elektroskop gebastelt.

Das besteht hier oben aus Metall.

Und Metall hat eine ganz besondere Eigenschaft für Ladungen:

Das ist anders als bei unserem Luftballon,

an dem die Ladung nur an einzelnen Stellen sitzt,

an denen, die wir vorher gerieben haben.

Darauf gehen wir aber im nächsten Video noch ein.

Hier unten in unserem Elektroskop ist ja alles aus Metall.

Wenn wir jetzt dieses Elektroskop laden,

verteilt sich die Ladung komplett in dem metallischen Leiter.

Und auch in den Fähnchen.

Die sind jetzt alle gleich geladen, gleiche Ladung stößt sich ja ab,

deswegen gehen die Fähnchen auseinander.

Das heißt, wir sehen an unserem Elektroskop,

ob etwas geladen ist oder nicht.

Was wir tatsächlich nicht sehen können, ist,

um welche Ladung es sich handelt.

Aber wir können sehen, wie stark die Ladung ist.

Denn je stärker die Ladung ist,

umso mehr gehen die Fähnchen auseinander und stoßen sich ab.

Nehmen wir zuerst die PVC-Röhre und reiben sie mit einem Wolllappen.

Die negative Ladung der Röhre

streifen wir hier oben auf dem Teller des Elektroskops ab.

Ta-da: Die Fähnchen bewegen sich.

Unser selbstgebautes Elektroskop hat ein kleines Problem,

es kann die Ladung nicht so gut halten.

Deshalb springen wir jetzt in eine Animation.

Wenn wir das wiederholen,

dann wollen die Fähnchen noch weiter auseinander.

Das Elektroskop hat also nun noch mehr negative Ladung.

Das wirft natürlich die Frage auf:

Was passiert, wenn man jetzt die positive Ladung noch mit dazu packt?

Dafür nehmen wir den Glasstab,

der ist ja nach dem Rubbeln an der Seide positiv geladen.

Und wenn ich den an das Elektroskop halte,

dann kommen die Fähnchen ein Stückchen näher zusammen.

Das kann ich so oft machen, bis die Fähnchen gerade herunterhängen.

Das heißt: Sie heben ihre Wirkung auf.

Und nun ist anscheinend gar keine Ladung mehr auf dem Elektroskop,

denn die Fähnchen hängen ja wieder gerade runter.

Aber der Schein trügt.

Das Elektroskop ist jetzt neutral geladen.

Das heißt aber nicht, dass keine Ladungen vorhanden sind.

Sondern dass gleich viele positive wie negative Ladungen

jetzt hier auf dem Elektroskop sitzen und ihre Wirkungen aufheben.

Also, auch Körper, die nicht geladen sind, besitzen Ladungen.

Nur eben genauso viel positive wie negative.

Was beim Reiben passiert, ist, dass dann die Ladungen getrennt werden.

Welche Ladungen wie getrennt werden, seht ihr dann im nächsten Clip.

Was ihr euch aber generell merken müsst, ist,

dass die Gesamtmenge der Ladung immer gleich bleibt.

Die ganzen Versuche, die wir hier gesehen haben,

also alle Phänomene der Elektrostatik, basieren darauf,

dass Ladungen getrennt oder zusammengeführt werden.

Wir sehen also, jeder Körper besitzt Ladungen.

Dass wir die nicht erkennen, liegt daran,

dass die meisten Körper gleich viele positive wie negative Ladungen tragen

und dann elektrisch neutral sind.

Falls ihr jetzt geladen seid wie dieser PVC-Stab,

dann haut mal in die Tasten und sagt uns, was abgeht.

Und wir schmeißen euch noch mit einem Spickzettel raus. Macht's gut!

Untertitel im Auftrag des ZDF für funk, 2017