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Polarisation

Zehn Aufgaben von AFB I bis III: die Verschiebung der Elektronenhülle beschreiben, Polarisation von Influenz abgrenzen, die schwache Oberflächenladung begründen, Papierschnipsel und Wasserstrahl erklären und die Gesamtladung null nachweisen.

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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 im Isolator?
AFB I

Welche Aussagen über die Polarisation stimmen?

Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Ein Isolator hat genauso Elektronen wie ein Leiter, sie sind dort nur nicht frei beweglich. Deshalb verschieben sie sich lediglich innerhalb ihres eigenen Atoms — das ergibt eine schwache Ladung an der Oberfläche. Die Gesamtladung bleibt dabei null, weil nichts übertragen wird.
A2
Stimmt's? — Fünferserie
AFB I

Fünf Behauptungen zur Polarisation.

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

Merksatz: Im Isolator verschiebt sich die Hülle innerhalb des Atoms, im Leiter wandern freie Elektronen durch den ganzen Körper. Beide Vorgänge trennen Ladung, ohne welche zu übertragen. Weil die zugewandte Seite stets entgegengesetzt geladen ist, folgt in beiden Fällen eine Anziehung.
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.

In einem Isolator sind die Elektronen fest an ihre Atome . Nähert man einen geladenen Stab, so verschiebt sich die Elektronenhülle nur gegen den . Die dem Stab zugewandte Oberfläche wird dadurch entgegengesetzt geladen, und der Isolator wird . Genau deshalb springen Papierschnipsel an einen geriebenen Stab, obwohl Papier kein ist.

Abgestoßen bleibt übrig: Ein neutraler Isolator wird nie abgestoßen, weil ihm die zugewandte Seite immer die entgegengesetzte Ladung entgegenhält. Abstoßung gibt es nur zwischen zwei gleichnamig geladenen Körpern. Wer hier abgestoßen einsetzt, überträgt die Regel für geladene Körper falsch auf neutrale.
A4
Influenz, Polarisation oder Übertragung?
AFB I

Sortiere die Versuche danach, was mit den Ladungen 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).
1Influenz im Leiter
2Polarisation im Isolator
3Ladung wird übertragen
Prüfe zuerst, ob der angezogene Körper ein Leiter oder ein Isolator ist: Im Leiter wandern freie Elektronen durch den ganzen Körper, im Isolator verschiebt sich nur die Hülle jedes Atoms. Berühren und Reiben sind die einzigen Fälle mit echter Übertragung. Aluminium ist ein Leiter, Papier, Wasser und Tapete sind Isolatoren.
A5
Blitzrechnung
AFB I

Auf dem Tisch liegen fünf neutrale Gegenstände: ein Papierschnipsel, ein Styroporkügelchen, ein Aluminiumplättchen, ein Wassertropfen und ein Holzspan. Du hältst einen geladenen Stab dicht darüber. Wie viele dieser fünf Gegenstände werden angezogen?

Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Alle fünf werden angezogen: Im Aluminium wirkt Influenz, in Papier, Styropor, Wasser und Holz Polarisation. In beiden Fällen liegt die entgegengesetzte Ladung dem Stab am nächsten. Die Anziehung ist bei den Isolatoren nur schwächer, aber sie ist vorhanden.
A6
Wie der Papierschnipsel hochspringt
AFB II

Bringe die Erklärung in die richtige Reihenfolge.

Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt, Shift+↑/↓ wechselt nur den Fokus.
1Der Kunststoffstab wird am Wolltuch gerieben und dadurch negativ geladen.
2Der Stab wird dicht über die neutralen Papierschnipsel gehalten.
3In jedem Atom des Papiers wird die Elektronenhülle vom Stab weggedrückt.
4Die obere, dem Stab zugewandte Seite der Schnipsel wird dadurch schwach positiv.
5Die Anziehung zwischen Stab und Schnipsel wird größer als die Gewichtskraft — der Schnipsel springt hoch.
Am häufigsten verrutscht der dritte Schritt: Viele beschreiben, dass Elektronen aus dem Papier zum Stab wandern. Im Isolator verlassen die Elektronen ihr Atom nicht, sie verschieben sich nur ein winziges Stück. Erst der Vergleich mit der Gewichtskraft erklärt, warum der Schnipsel überhaupt abhebt.
A7
Rechenkette
AFB II

Du reibst einen Kunststoffstab an einem Wolltuch; dabei wechseln 18 Elektronen vom Tuch auf den Stab (stark vereinfachte Zahlen). Danach hältst du den Stab über neutrale Papierschnipsel, ohne sie zu berühren.

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Welche Ladung trägt der Stab nach dem Reiben in e? e
  2. Welche Ladung trägt das Wolltuch danach in e? e
  3. Wie viele Elektronen gehen vom Stab auf einen Papierschnipsel über, während dieser angezogen wird? Elektronen
  4. Du reibst den Stab ein zweites Mal, wieder wechseln 18 Elektronen. Welche Ladung trägt er dann in e? (Transfer) e
Die dritte Zeile ist der Kern des Unterkapitels: Bei der Polarisation wird nichts übertragen, der Stab behält seine Ladung. Erst eine Berührung würde Elektronen übergeben. Reiben verändert die Ladung, Annähern niemals.
A8
Leiter oder Isolator — was verschiebt sich?
AFB II

Ordne jeder Zeile links die passende Aussage rechts zu.

Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Der schnellste Weg ist die Frage nach dem Material: Metall bedeutet Influenz, Papier oder Wasser bedeuten Polarisation. Daran hängt jeweils, wie weit sich die Elektronen bewegen können. Die letzte Zeile gilt für beide Fälle, weil weder beim Verschieben noch beim Polarisieren Ladung übertragen wird.
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 2 ist der häufigste Fehler in Klassenarbeiten: Influenz und Polarisation werden vertauscht. Zeile 6 zeigt den zweiten Klassiker — die beiden getrennten Ladungen werden addiert, als wären sie gleichnamig. Getrennte Ladungen sind immer entgegengesetzt und gleich groß.
A10
Wie stark wird angezogen?
AFB III

Ein geriebener Kunststoffstab wird über verschiedene Körper gehalten. Schätze die Anziehung für jede Zeile ein — ohne zu rechnen.

Wähle für jede Zeile eine Stufe: 1 = gar nicht, 2 = schwach, 3 = mittel, 4 = stark, 5 = sehr stark. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = gar nicht5 = sehr stark
Der Stab wurde vorher entladen und wird über einen neutralen Papierschnipsel gehalten
Der geladene Stab wird in zehnfacher Entfernung über einen neutralen Papierschnipsel gehalten
Der geladene Stab wird dicht über einen neutralen Papierschnipsel gehalten
Der geladene Stab wird dicht über ein gleich großes, neutrales Aluminiumplättchen gehalten
Der geladene Stab wird dicht über einen Papierschnipsel gehalten, der zuvor entgegengesetzt geladen wurde
Drei Dinge entscheiden: die Ladung des Stabes, der Abstand und was mit den Elektronen im Körper passieren kann. Im Leiter verschieben sich die freien Elektronen viel weiter als die gebundenen im Isolator, deshalb wirkt Influenz stärker als Polarisation. Am stärksten zieht es aber, wenn der andere Körper selbst entgegengesetzt geladen ist — dann muss gar nichts erst getrennt werden.