Erzeugung einer Ladung

Erzeugung einer Ladung Übung

• Bestimme, welche Aussage das Verhalten des Ballons beschreibt, wenn der Ballon an den Haaren gerieben wird.

  Tipps

  Achte darauf, welche Antwort die am besten passende beschreibt, wenn der Ballon an den Haaren gerieben wird.

  Überlege, wie elektrische Ladungen in Bezug auf den Ballon und die Haare interagieren könnten.

  Die richtige Aussage beschreibt alltägliche Erfahrungen und physikalische Prinzipien, die dir realistisch und plausibel erscheinen.

  Lösung

  Wird ein Ballon leicht an den Haaren gerieben, richten sich die Haare auf und bleiben an dem Ballon kleben: Durch die Reibung werden die Elektronen in den Haaren in Bewegung versetzt und auf den Luftballon abgestreift. Es herrscht jetzt ein Elektronenmangel in den Haaren und ein Elektronenüberschuss auf dem Luftballon. Die Haare sind positiv und der Ballon negativ geladen. Da sich entgegengesetzte Ladungen anziehen, bleiben die Haare an dem Ballon kleben. Den Vorgang nennt man auch elektrostatische Aufladung.
  Die Reibung vom Ballon an den Haaren hat keinen Einfluss auf die Farbänderung oder Längenänderung. Der Ballon könnte platzen, wenn man zu stark reibt, was aber eher unwahrscheinlich ist. Daher ist hier nur eine Aussage richtig.

  
  

  • Die Haare ändern ihre Farbe.

  $\implies$ Diese Antwort ist falsch.

  • Die Haare werden länger.

  $\implies$ Diese Antwort ist falsch.

  • Der Ballon platzt.

  $\implies$ Diese Antwort ist falsch.

  • Die Haare richten sich auf und kleben an dem Ballon.

  $\implies$ Diese Antwort ist richtig.

• Beschreibe den Vorgang, der bei der Reibung des Luftballons an den Haaren passiert.

  Tipps

  Denke daran, wie sich Ladungen zwischen Ballon und Haaren verändern: Wenn Elektronen von einem Objekt auf ein anderes übertragen werden, dann entsteht eine Ladungstrennung.

  Achte auf das Verhalten zwischen gleichen und unterschiedlich geladenen Körpern.

  Überlege, wie die Prinzipien der Ladungsübertragung und Ladungsverteilung erklären können, warum bestimmte Phänomene auftreten.

  Lösung

  Reibt man einen Luftballon über die Haare einer Person, übertragen sich Elektronen von den Haaren auf den Ballon, was einen Elektronenmangel in den Haaren und einen Elektronenüberschuss im Ballon verursacht. Der Elektronenmangel führt zu einer positiven Ladung, während ein Elektronenüberschuss eine negative Ladung erzeugt. Elektrisch ungleich geladene Körper ziehen sich an, während sich Körper mit gleichen Ladungen abstoßen. Das erklärt, warum Haare am Ballon kleben, aber sich voneinander abstoßen, wenn der Ballon entfernt wird.

• Beschreibe, warum ein Ballon an einer Wand haften bleibt, nachdem er an den Haaren gerieben wurde.

  Tipps

  Diesen Vorgang nennt man auch Influenz.

  Wenn der geladene Ballon in die Nähe einer nicht leitenden Oberfläche, zum Beispiel einer Wand, gebracht wird, dann beeinflusst er die Verteilung der Ladungen des anderen Körpers.

  Die positiven Ladungen in der Wand üben eine Anziehung auf die negativ geladenen Bereiche des Ballons aus.

  Lösung

  1.$~$Bei der Reibung wird der Luftballon negativ aufgeladen.
  Wenn ein Ballon an einem Material gerieben wird, dann werden Elektronen von einem Material auf das andere übertragen. Das Ergebnis ist, dass der Ballon elektrisch negativ geladen wird.

  2.$~$Berührt der Luftballon die Wand, werden die Ladungen in der Wand verschoben.
  Wird der geladene Ballon danach an eine Wand oder eine andere Oberfläche aus einem nicht leitenden Material (Isolator) gebracht, beeinflusst er die Ladungsverteilung in der Wand: Die Elektronen in der Wand werden in den Bereich der Wand verschoben, der dem Ballon am nächsten ist. Das führt dazu, dass der Teil der Wand, der dem Ballon gegenüberliegt, positiv geladen wird, während der Bereich, der weiter entfernt ist, negativ geladen wird.

  3.$~$Die unterschiedliche Ladung des Luftballons und der Wand führt zu einer Anziehung.
  Aufgrund dieser Ladungsverteilung entstehen elektrostatische Anziehungskräfte zwischen dem positiv geladenen Bereich der Wand und dem negativ geladenen Bereich des Ballons.

  4.$~$Der Luftballon bleibt an der Oberfläche der Wand kleben.
  Diese Anziehung ist stark genug, um den Ballon an der Wand zu halten und ihn „kleben“ zu lassen.

• Erläutere, wie ein Blitz am Himmel entsteht.

  Tipps

  Blitze entstehen durch die Entladung von aufgebauter Spannung zwischen Wolken oder zwischen Wolken und der Erde, wobei ein Strom von Elektronen einen sichtbaren Lichtblitz erzeugt.

  Durch Reibung kommt es zu einer Aufladung.

  Denke an das Phänomen der Ladungstrennung.

  Lösung

  Bei einem Gewitter entstehen Blitze, wenn sich Wolken aneinanderreiben. Elektronen werden übertragen, was zu einer Trennung der Ladungen führt und unterschiedlich geladene Regionen in der Wolke verursacht. Diese Ladungstrennung erzeugt eine Spannung zwischen den Wolken und der Erde. Ist die Spannung groß genug, erfolgt eine Entladung in Form eines Blitzes. Dieser Blitz ist ein Strom von Elektronen zwischen Wolke und Erde, der die Luft extrem erhitzt und Licht ausstrahlt.

• Erkläre die Auswirkungen, wenn ein geladener Luftballon in die Nähe eines ungeladenen Körpers bewegt wird.

  Tipps

  Der Ballon berührt den Körper nicht und wird lediglich in seine Nähe gebracht!

  Negative Ladungen können sich innerhalb eines Körpers bewegen.

  Gleiche Ladungen stoßen sich ab.

  Die Ladungsverschiebung innerhalb eines Körpers wird auch Influenz genannt.

  Lösung

  Influenz ist ein Vorgang der Ladungstrennung auf einem Körper, bei dem sich unter dem Einfluss geladener Körper in der Nähe die Ladungsverteilung auf dem Körper ändert: Wenn ein geladener Luftballon in die Nähe eines ungeladenen Körpers gebracht wird, dann beeinflusst der Ballon die Verteilung der Ladungen im Körper.
  In einem Körper können sich die negativen Ladungen frei bewegen: Bewegt sich der geladene Luftballon auf den ungeladenen Körper, stoßen sich die Elektronen im Luftballon von den Elektronen im Inneren des Körpers ab. Daher bewegen sich die Elektronen nach rechts. Rechts herrscht somit ein Elektronenüberschuss – diese Seite ist negativ geladen. Links herrscht ein Elektronenmangel – diese Seite ist dementsprechend positiv geladen.

  
  

  • Der geladene Ballon verliert seine Ladung auf den Körper, wodurch der Körper geladen wird.

  $\implies$ Diese Antwort ist falsch.

  • Der geladene Ballon wird eine entgegengesetzte Ladung entwickeln und sich vom Körper abstoßen.

  $\implies$ Diese Antwort ist falsch.

  • Der geladene Ballon wird leuchten und eine elektromagnetische Strahlung aussenden.

  $\implies$ Diese Antwort ist falsch.

  • Die Elektronen werden in dem Körper nach hinten verschoben.

  $\implies$ Diese Antwort ist richtig.

• Stelle die Funktionsweise des Elektroskops dar.

  Tipps

  Überlege, was nach einer Ladungsübertragung passiert.

  Elektronenüberschuss oder Elektronenmangel bedeutet negativ geladen bzw. positiv geladen.

  Gleich geladene Objekte stoßen sich voneinander ab.

  Lösung

  Ein Elektroskop ist ein Instrument zur Detektion elektrischer Ladungen. Es besteht aus einem Trägerstab aus Metall, der an der Spitze einen dünnen Metallteller trägt. In dem Gehäuse des Elektroskops hängt der Trägerstab und ist mit einem drehbaren Zeiger verbunden.

  Die Funktionsweise beruht auf dem Prinzip der Aufladung: Wenn eine geladene Substanz in die Nähe des Elektroskops gebracht wird, dann dringen die Elektronen der Ladung in die Metallplatte ein oder verlassen sie – je nachdem, ob die Platte positiv oder negativ geladen ist. Das führt dazu, dass der Trägerstab geladen wird und der bewegliche Zeiger sich von dem Trägerstab abstößt. Dieses Abstoßen des Zeigers zeigt an, dass eine elektrische Ladung vorhanden ist.

  
  

  1.$~$Ein geladener Gegenstand wird auf den Metallteller des Elektroskops gebracht.

  2.$~$Es findet eine Ladungsübertragung statt.

  3.$~$In den Zeigern des Elektroskops herrscht entweder ein Elektronenmangel oder Elektronenüberschuss.

  4.$~$Die gleichen Ladungen auf den Zeigern führen zu einer Abstoßung.

  5.$~$Der drehbare Zeiger schlägt aus.