Einführung in die Elektrostatik

Organisatorisches

Ein neues Schuljahr hat begonnen. Aus der Klasse 11 wurde nun die Klasse 12 mit insgesamt 20 Schülern und Schülerinnen, einige haben gewechselt und einige sind neu hinzugekommen. Der Physikunterricht findet immer Dienstags in der 3. und 4. Stunde im Raum A 1.15 statt. Zwei Themengebiete aus der Elektrodynamik werden uns im ersten Halbjahr beschäftigen:

1. Elektrische Felder und
2. Magnetische Felder

Einführung in die Elektrostatik

Als Einstieg sollten einige elektrostatische Phänomene genannt werden. U.a. wurden

• Aufladung beim Laufen über einen Teppich,
• Aufladung beim Kämmen (die Haare stehen ab),
• elektrischer Schlag beim Aussteigen aus dem Auto und
• Gewitter

genannt. Ein Gewitter entsteht dadurch, dass elektrische Ladungen in den Wolken bei entsprechender Wetterlage getrennt werden (Influenz). Steigt die elektrische Spannung dabei über einen Maximalwert, gleichen sich die Ladungen über einen Blitz aus. Die Spannung kann dabei zwischen Wolke und Erde bis zu 30 000 000 V liegen. Die meisten Entladungen ereignen sich jedoch in den Wolken, lediglich jeder siebte Blitz erreicht die Erde.

Wie ein Gewitter entsteht und welche physikalischen Grundlagen dazu eine Rolle spielen, sollte man wissen. Nähere Informationen zur Entstehung eines Gewitters finden sich im Physikbuch auf Seite 111.

In Zweier- und Dreiergruppen  wurde ein Freihand-Experiment durchgeführt.

Versuchsaufbau:

Im Video sieht man ein Freihandexperiment zum Nachweis von elektrischen Feldern (Joghurtbecherelektroskop). Dazu werden benötigt:

• ein Joghurtbecher,
• ein Aluminiumstreifen,
• eine Büroklammer,
• ein Kunststoffschnellhefter und
• ein Tuch.

Um das Loch in den Joghurtbecher zu bekommen, eignet sich eine Heftzwecke oder eine Pinnwandnadel. Beim Versuchsaufbau ist darauf zu achten, dass der Joghurtbecher nicht bereits aufgeladen ist, denn dann “klebt” der Aluminiumstreifen ständig am Becher. Der Aluminiumstreifen sollte möglichst glatt über die “Büroklammeraufhängung” gehängt werden, damit der Streifen sich einfach auseinander biegen kann. Aus dem gleichen Grund sollte er nicht den Becher oder den Grund berühren. Je nach Wetter kann es schwierig sein, eine Folie elektrostatisch aufzuladen. Bei zu hoher Luftfeuchtigkeit wird es einem schwer gelingen eine Folie aufzuladen; warum eigentlich?? Zuhause eignen sich ein Plastikschnellhefter und ein Wolltuch sehr gut.

Durchführung:

Das Video erklärt die Durchführung.

Beobachtung:

Wird die geriebene Folie in die Nähe der Büroklammer gehalten, biegt sich der Aluminiumstreifen auseinander.

Schlussfolgerung:

Mit Hilfe des Fachbuches (Seite 98 und 99) lässt sich dieses Phänomen erklären.

Wird z. B. ein positiv geladener Körper in die Nähe  der Büroklammer gebracht (ohne sie zu berühren), dann bewegen sich die Aluminiumstreifen nach außen. In der Büroklammer werden die frei beweglichen Elektronen zum positiv geladenen Körper gezogen. Im oberen Teil der Büroklammer überwiegt dann die negative und im unteren Teil des Aluminiumstreifens die positive Ladung. Dieser Vorgang, der zur Ladungstrennung durch einen in der Nähe befindlichen geladenen Körper führt, heißt Influenz. Das Prinzip dieses Freihandexperimentes gleicht dem eines Elektroskops und dient zum Nachweis von elektrischen Feldern.

Unterrichtsmaterial:

Ein Aufgabenblatt mit dem Titel: Die elektrische Ladung wurde herausgegeben. Die Informationen zum Lösen der Aufgaben können aus dem Physikbuch “ImpulsePhysik, Oberstufe” auf den Seiten 98 und 99 nachgelesen werden. Zum Durchführen des Experimentes standen 8 “Bausätze” (Joghurtbecher, Büroklammer und Aluminiumstreifen) zur Verfügung.