Kräfte an ruhenden Ladungen

Hallo! In diesem Video wollen wir klären, wie elektrische Kräfte zwischen ruhenden Ladungen wirken. Also, zunächst erst mal: Was gibt es überhaupt für Ladungen? Das ist 1. Das Elektron, das wird meistens blau dargestellt, und das Elektron ist negativ geladen. Und dann gibt es auch noch das Proton. Das Proton wird meistens rot dargestellt und das Proton ist positiv geladen. Zwischen den elektrischen Ladungen wirkt immer eine elektrische Kraft. Treffen zum Beispiel ein Elektron und ein Proton aufeinander, so ziehen sie sich an. Also, generell gesagt: Unterschiedliche Ladungen ziehen sich gegenseitig an. Treffen aber zwei Protonen aufeinander, so ist das nicht so. Protonen stoßen sich nämlich gegenseitig ab. Und bei den Elektronen das Gleiche. Treffen die aufeinander, so vertragen sie sich nicht gut. Auch Elektronen stoßen sich gegenseitig voneinander ab. Ladungen befinden sich überall, aber mein braucht keine Angst haben, denn meistens befinden sich gleichviele Protonen wie Elektronen an dem Ort, so wie hier, und dann ist das Objekt nämlich neutral. Neutral ist auch meist ein Atom. Wir wollen uns jetzt mal ein sehr stark vereinfachtes Atommodell anschauen. Ein Atom besteht meist aus gleichvielen Protonen, Neutronen, das sind die neutralen Teilchen und Elektronen. Die Protonen und Neutronen bilden den Kern des Atoms. Dieser ist winzig klein, aber er ist für den Hauptteil des Gewichtes des Atoms verantwortlich. Und dann schwirren da noch ganz weit weg vom Kern die Elektronen herum. Sie liegen auf sogenannten Atomschalen und werden durch die elektrische Kraft zwischen Atomkern und Elektron an das Atom gebunden. Die Gravitationskraft spielt da keine Rolle. Sie ist im Vergleich zur elektrischen Kraft winzig klein. Um welches Element es sich dann handelt, hängt von der Anzahl der Protonen im Kern ab. Hier, zum Beispiel, haben wir 2 Protonen und das ist dann Helium. Wenn wir nun die Anzahl Protonen, Neutronen und Elektronen auf 3 erhöhen, dann haben wir jetzt Lithium. Das dritte Elektron befindet sich dann eigentlich auf einer höheren Schale, die habe ich jetzt hier nicht eingezeichnet. Zwei Lithiumatome können sich ja  zum Beispiel miteinander verbinden. Dann teilen sie sich ein Elektron und ein anderes Elektron wird dann frei. Es schwirrt dann frei in dem Stoff herum und dann ist der Stoff zum Beispiel ein guter Leiter. Aber obwohl da jetzt freie Elektronen rumschwirren, ist er insgesamt neutral. So, das erst mal zu dem vereinfachten Atommodell, aber es muss nicht immer neutral zugehen. Eine Spannungsquelle, zum Beispiel, liefert uns negative und positive Ladungen getrennt voneinander. So, ich zeichne jetzt hier mal ein Elektroskop. Wir können nun, mit einem Kabel, zum Beispiel, die negativen Ladungen abgreifen und sie auf das Elektroskop schicken. Dieses lädt sich dann negativ auf und wir sehen, dass der Zeiger dann ausschlägt, denn negative Ladungen stoßen sich ja voneinander ab. Und je mehr Ladungen sich auf dem Elektroskop befinden, desto mehr schlägt der Zeiger auch aus. Deswegen ist das ein gutes Messgerät für Ladungen. Genauere Messungen ergeben dann, dass nicht jede beliebige Ladung vorkommen kann, denn jede, zum Beispiel, positive Ladung, die existiert, ist immer ein Vielfaches von der Protonenladung und die ist q vom Proton, ungefähr =1,6×10^-19 Coulomb und die Ladung von einem Elektron ist qe=-1,6×10^-19 C.  Also, ihr seht, im Betrag sind die beiden Ladungen gleich. Man sagt dazu: Ladungen treten gequantelt auf, weil sie nicht jeden beliebigen Wert annehmen können. Gut. Jetzt möchte ich euch noch ein ganz witziges Experiment zeigen. Und zwar findet das in einem großen Plattenkondensator statt. Die linke Platte ist negativ aufgeladen, und die rechte Platte positiv. Wir hängen nun einen Tischtennisball an einem durchsichtigen Faden genau in die Mitte des Plattenkondensators. Der Ball ist zunächst neutral geladen, aber wenn wir ihn in den geladenen Plattenkondensator halten, dann richten sich die Ladungen so aus, dass die positiven links und die negativen rechts beim Ball sind, denn sie werden ja von den Protonen auf der rechten Platte und von den Elektronen auf der linken Platte angezogen. So, wenn jetzt aber der Ball nur ein kleines bisschen nach links schaukelt, dann passiert Folgendes: Die Anziehung links zwischen den Protonen und den Elektronen ist stärker als die Abstoßung rechts zwischen den Elektronen und den Elektronen auf dem Plattenkondensator. Und dann schaukelt der Ball weiter und stößt an die Platte - und dann geht es los: Die negative Platte lädt auch den Ball negativ auf. Dann wird er aber abgestoßen von der Platte und schwingt rüber zur positiven Platte. Dort gibt er einen Teil seiner Elektronen ab und nimmt Protonen auf. Er ist nun positiv geladen, wird wieder abgestoßen und schwingt rüber auf die negative Platte. Dort gibt er wieder seine Protonen ab und nimmt neue Elektronen auf und schwingt dann wieder zurück, und so weiter, und so weiter. Da von der Spannungsquelle immer mehr neue Ladungen nachgeliefert werden, schwingt er immer schneller und schneller hin und her zwischen den Platten. Gut. Das war das Experiment mit dem Tischtennisball. Übrigens: Ladungen haben auch eine Masse. Die Masse vom Proton, zum Beispiel, ist 1,67×10^-27 kg und die Masse vom Elektron ist viel kleiner. Sie beträgt 9,11×10^-31 kg. So, das war es erst einmal zu den Ladungen. Ich hoffe, ich konnte euch helfen. Bis zum nächsten Mal. Tschüss.