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Ladungsausgleich

Zehn Aufgaben von AFB I bis III: die Wanderung der Elektronen beschreiben, die Ladungserhaltung anwenden, Endladungen zweier gleich großer Kugeln berechnen, Übertragen und Verschieben unterscheiden und das Ende des Ausgleichs begründen.

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Übungsaufgaben

Alle Übungen fortlaufend nummeriert — zuerst die interaktiven Übungen zum Klicken, Ziehen und Knobeln, danach die Rechen- und Textaufgaben. Jede Übung gibt dir sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen dir die gestuften Tipps.

A1
Was passiert beim Verbinden?
AFB I

Welche Aussagen über den Ladungsausgleich zwischen zwei Metallkörpern stimmen?

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Im Metallgitter sind nur die Elektronen frei beweglich; die positiven Atomrümpfe bleiben ortsfest. Ladung kann außerdem nicht verschwinden: Die Summe QA plus QB ist vor und nach dem Ausgleich gleich. Neutral werden beide Kugeln nur dann, wenn diese Summe null ist.
A2
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen zum Ladungsausgleich.

Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5

Merksatz: Der Ausgleich braucht einen Leiter, verschiebt nur Elektronen und endet bei ausgeglichener Verteilung. Die Gesamtladung bleibt dabei immer erhalten. Wer glaubt, am Ende sei alles neutral, hat die Ladungserhaltung übersehen.
A3
Lückentext mit Wortbank
AFB I

Setze die Fachbegriffe an die richtige Stelle — ein Wort bleibt übrig.

Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.

Verbindet man zwei unterschiedlich geladene Metallkugeln mit einem Draht, so wandern . Sie fließen von der Kugel mit Elektronenüberschuss zur Kugel mit . Die positiven Atomrümpfe im Metall bleiben dabei . Die Summe der beiden Ladungen bleibt , denn Ladung kann nicht verschwinden. Der Ausgleich endet, sobald zwischen den Kugeln keine mehr besteht.

Protonen bleibt übrig: Protonen sitzen im Atomkern und wandern nie durch einen Draht. Die Vorstellung, positive Ladung fließe von der positiven zur negativen Kugel, ist eine der häufigsten Fehlvorstellungen. Im Metall bewegen sich ausschließlich Elektronen.
A4
Übertragen, verschoben oder nichts?
AFB I

Sortiere die Vorgänge danach, was mit der Ladung geschieht.

Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Ladung wird übertragen
2Ladung wird nur verschoben
3Es passiert nichts
Entscheidend ist, ob Elektronen den Körper wechseln: Nur beim Berühren, Verbinden oder Reiben geht Ladung von einem Körper auf den anderen über. Beim Annähern wird die Ladung im Körper lediglich verschoben. Und wo von Anfang an kein Unterschied besteht, wandert auch nichts — deshalb passiert bei zwei gleich geladenen Kugeln nichts.
A5
Blitzrechnung
AFB I

Kugel A trägt die Ladung minus 6 e, Kugel B die Ladung plus 2 e. Beide Kugeln sind gleich groß. Du verbindest sie kurz mit einem Draht. Welche Ladung trägt danach jede der beiden Kugeln in Elementarladungen e? Gib die Zahl mit Vorzeichen an.

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Erst addieren, dann halbieren: minus 6 e plus 2 e ergibt minus 4 e, geteilt auf zwei gleich große Kugeln also je minus 2 e. Beide werden negativ, weil die Gesamtladung negativ ist. Kopfrechen-Trick: Summe bilden und durch zwei teilen — das Vorzeichen der Summe bleibt erhalten.
A6
Ablauf eines Ladungsausgleichs
AFB II

Bringe die Schritte des Ausgleichs in die richtige Reihenfolge.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Kugel A hat Elektronenüberschuss, Kugel B hat Elektronenmangel — zwischen ihnen besteht eine Spannung.
2Ein Draht verbindet die beiden Kugeln leitend miteinander.
3Freie Elektronen wandern von Kugel A durch den Draht zu Kugel B.
4Der Überschuss von A und der Mangel von B werden dabei immer kleiner.
5Zwischen den Kugeln besteht keine Spannung mehr, und die Wanderung hört von selbst auf.
Am häufigsten verrutscht der letzte Schritt: Viele denken, die Elektronen wanderten so lange, bis beide Kugeln neutral sind. Der Ausgleich endet aber bereits, wenn keine Spannung mehr besteht. Bei einer Gesamtladung ungleich null bleiben danach beide Kugeln geladen.
A7
Rechenkette
AFB II

Kugel A trägt minus 10 e, Kugel B trägt plus 4 e. Beide Kugeln sind gleich groß und werden mit einem Draht leitend verbunden.

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Wie groß ist die Gesamtladung beider Kugeln zusammen in e? e
  2. Welche Ladung trägt jede Kugel nach dem Ausgleich in e? e
  3. Wie viele Elektronen sind dabei von A nach B gewandert? Elektronen
  4. Wie groß ist die Gesamtladung beider Kugeln nach dem Ausgleich in e? (Transfer) e
Kugel A geht von minus 10 e auf minus 3 e, verliert also 7 Elektronen; Kugel B geht von plus 4 e auf minus 3 e und nimmt genau diese 7 Elektronen auf. Die letzte Zeile zeigt die Ladungserhaltung: Vorher und nachher sind es minus 6 e. Verschoben wird nur, erzeugt oder vernichtet wird nichts.
A8
Vorher und nachher
AFB II

Ordne jedem Ausgangszustand das Ergebnis nach dem Verbinden zu. Alle Kugeln sind gleich groß.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Der Trick ist immer derselbe: addieren und halbieren. Sieh zuerst nur auf das Vorzeichen der Summe, dann bleiben oft nur noch zwei Möglichkeiten übrig. Eine neutrale Kugel zählt in der Summe wie null und darf nicht vergessen werden.
A9
Fehlersuche im Schulheft
AFB II

Sechs Sätze aus einem Schulheft — drei davon sind falsch. Finde sie.

In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Zeile 4 ist der häufigste Fehler in Klassenarbeiten: Ausgleich wird mit Entladung verwechselt. Zeile 6 zeigt den zweiten Klassiker — die Summe wird richtig gebildet, das Halbieren aber vergessen. Zeile 2 ist die typische Fehlvorstellung von wandernden Protonen.
A10
Wie geladen sind die Kugeln danach?
AFB III

Zwei gleich große Metallkugeln werden leitend verbunden. Schätze für jede Zeile ein, welche Ladung danach jede einzelne Kugel trägt — ohne zu rechnen. Stark heißt hier etwa fünf oder mehr Elementarladungen, leicht heißt eine bis zwei.

Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = stark negativ, 2 = leicht negativ, 3 = neutral, 4 = leicht positiv, 5 = stark positiv. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = stark negativ5 = stark positiv
Kugel A minus 12 e und Kugel B minus 8 e
Kugel A minus 3 e und Kugel B plus 1 e
Kugel A plus 5 e und Kugel B minus 5 e
Kugel A plus 3 e und Kugel B minus 1 e
Kugel A plus 14 e und Kugel B plus 6 e
Du brauchst nur das Vorzeichen und die grobe Größe der Summe: Die Hälfte davon landet auf jeder Kugel. Zwei gleichnamig geladene Kugeln können deshalb niemals neutral werden. Neutral wird es nur bei entgegengesetzt gleichen Ladungen — und genau das erkennt man auf einen Blick, ohne zu rechnen.