Elektrische Ladungen
Experiment 01:
Klicke in der folgenden Simulation mit der Maus auf den Luftballon und bewege diesen über dem Pullover.
(Dieses Experiment kannst du mit einem echten Luftballon durchführen, indem du den Luftballon mit leichtem Druck auf deinem Pullover reibst.)
Bewege dann den Luftballon mit den vielen kleinen blauen Kreisen in die Nähe der Wand.
Was beobachtest Du?
Quelle: PhET
Beobachtung:
- die kleinen blauen Kreise mit einem Minussymbol in der Mitte wandern vom Pullover auf den Luftballon. Wenn viele blaue Kreise auf dem Luftballon sind, dann wird der Luftballon vom Pullover angezogen.
- Wenn auf dem Luftballon viele kleine blaue Kreise sind, dann werden die blauen Kreise in der Wand abgestossen.
Experiment 02:
Klicke in der folgenden Simulation mit der Maus auf das Symbol mit den beiden Luftballons und klicke auf Wand entfernen. Du solltest dann folgendes sehen:
Bewege beide Ballons über den Pullover, so dass jeder etwa die Hälfte der blauen Kreise abbekommt. Du solltest dann folgendes sehen.
Nachdem deine Simulation so aussieht, wie auf dem letzten Bild, bewege den gelben Ballon nach rechts bis zum rechten Rand und lass ihn dann los. Was beobachtest du?
Bewege den gelben Ballon so auf den grünen Ballon, dass man links vom gelben Ballon noch etwas vom grünen Ballon sieht und lass ihn dann los. Was beobachtest du?
Quelle: PhET
Beobachtung:
- Der gelbe Ballon wird vom Pullover angezogen und vom grünen Ballon abgestossen.
Elektronen und Protonen
Die blauen Kreise mit dem Minussymbol in der Mitte nennen wir Elektronen und sagen: Elektronen sind elektrisch negativ geladen.
Die roten Kreise mit dem Plussymbol in der Mitte nennen wir Protonen und sagen: Protonen sind elektrisch positiv geladen.
Es gilt:
Elektronen und Elektronen stossen sich gegenseitig ab.
Protonen und Protonen stossen sich gegenseitig ab.
Elektronen und Protonen ziehen sich gegenseitig an.
Das ist so ähnlich wie bei den Magneten, wo gleichnamige Pole sich gegenseitig anziehen und ungleichnamige Pole sich gegenseitig abstoßen.
In der Simulation konntest du beobachten, dass sich nur die Elektronen vom Pullover auf den Luftballon bewegen. Die Protonen sind unbeweglich und bleiben stehen.
Es gilt:
Nur die Elektronen können sich in einem festen Körper bewegen. Die Protonen bleiben unverrückbar an ihrem ursprünglichen Ort stehen.
Batterie
Mit dem Wissen über das Verhalten von Elektronen und Protonen kannst du jetzt verstehen, wie eine Batterie funktioniert:
- In der Batterie werden mit Hilfe einer chemischen Reaktion die Elektronen und Protonen getrennt.
- Am Minuspol (dem Pol mit dem Minussymbol) sammeln sich die Elektronen und stossen sich gegenseitig ab.
- Am Pluspol (dem Pol mit dem Plussymbol) fehlen Elektronen, so dass es dort mehr Protonen als Elektronen gibt.
- Wenn man eine Glühbirne mit dem Plus- und Minuspol der Batterie zu einem Stromkreis verbindet, verlassen die Elektronen die Batterie, weil sie sich gegenseitig abstossen und von den Protonen am Pluspol angezogen werden.
- Auf dem Weg vom Minuspol zum Pluspol bringen die Elektronen die Glühbirne zum Leuchten.
Bei den Experimenten im Physikunterricht wirst du ein Netzgerät mit einem Minuspol und Pluspol verwenden, mit dem wir die Elektronen durch den Stromkreis schicken.
Beim Netzgerät werden die Elektronen nicht durch eine chemische Reaktion von den Protonen getrennt, sondern das Netzgerät ist mit einem Stromkabel mit einer Steckdose verbunden und die Steckdose ist mit dem elektrischen Kraftwerk verbunden. Im Kraftwerk werden die Elektronen mit Hilfe eines Generators von den Protonen getrennt, so dass am Minuspol des Netzgeräts mehr Elektronen vorhanden sind als am Pluspol und Strom fließen kann, wenn ein elektrischer Stromkreis geschlossen wird.