Grundlagen der Elektrostatik: Ladung, Atome und Gesetze
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1. Elektrisierung von Körpern
Es gibt zwei Arten der Elektrisierung:
- Elektrisierung durch Reiben: Materialien wie Bernstein, Kunststoff oder Glas werden durch Reiben mit Wolle, Seide oder Pelz elektrisiert und können beispielsweise kleine Papierschnipsel anziehen.
- Elektrisierung durch Kontakt: Ein Körper kann durch den Kontakt mit einem bereits elektrisierten Körper ebenfalls elektrisch geladen werden.
2. Elektrische Ladung
Die elektrische Ladung äußert sich durch Anziehung oder Abstoßung:
- Zwei elektrisierte Glaskugeln stoßen sich ab.
- Zwei elektrisierte Kunststoffkugeln stoßen sich ab.
- Eine elektrisierte Kunststoffkugel und eine elektrisierte Glaskugel ziehen sich an.
3. Elektrische Ladung und Atome
Atome bilden die Grundlage aller Körper und bestehen aus einem Kern und einer Hülle:
- Atomkern: Enthält Protonen mit positiver Ladung und ungeladene Neutronen. Diese Teilchen sind fest im Kern gebunden.
- Atomhülle: Hier befinden sich die negativ geladenen Elektronen, die weniger fest an das Atom gebunden sind als die Protonen im Kern.
4. Prinzip der Ladungserhaltung
In einem isolierten System können sich Elektronen von einem Körper zum anderen bewegen:
- Ein Körper, der Elektronen abgibt, erhält eine positive elektrische Ladung.
- Ein Körper, der Elektronen aufnimmt, erhält eine negative elektrische Ladung.
- Ohne Berücksichtigung der Vorzeichen bleibt die gesamte elektrische Ladung in einem abgeschlossenen System unverändert.
5. Coulomb und Messgeräte
Eine elektrische Ladung entspricht etwa 6,25 Trillionen Elektronen.
Elektroskop und Elektrometer
- Elektroskop: Ein Gerät zum Nachweis elektrischer Ladungen. Es besteht aus einem Glasbehälter mit einem isolierten Metallstab, an dem zwei dünne Metallblättchen (oft aus Gold) befestigt sind. Berührt ein elektrisierter Körper die Metallkugel, laden sich die Blättchen gleichnamig auf und stoßen sich ab.
- Elektrometer: Ein Elektroskop, das zusätzlich mit einer Skala ausgestattet ist, um den Wert der elektrischen Ladung zu messen.
6. Coulomb-Gesetz
Das Coulomb-Gesetz beschreibt die Kräfte zwischen elektrischen Ladungen. Mithilfe einer Drehwaage wurden folgende Erkenntnisse gewonnen:
- Bei konstantem Abstand ist die elektrische Kraft direkt proportional zum Produkt der Ladungswerte.