Influenz im Leiter
In einem Metall sind die Atomrümpfe ortsfest, die äußeren Elektronen dagegen frei beweglich. Nähert man einen geladenen Körper, verschieben sich genau diese Elektronen — der Leiter wird an einer Seite negativ, an der anderen positiv, bleibt aber insgesamt neutral.
- Nur Elektronen wandern:Die positiven Atomrümpfe bleiben im Gitter liegen.
- Zugewandte Seite:Trägt stets die entgegengesetzte Ladung zum genäherten Körper — deshalb Anziehung.
- Gegenfeld:Die getrennten Ladungen erzeugen ein Feld, das dem äußeren entgegenwirkt und es im Inneren aufhebt.
- Bilanz:Kein Elektron kommt hinzu oder geht verloren — der Leiter bleibt neutral.
- Influenz
- Verschiebung der frei beweglichen Ladungsträger in einem Leiter unter dem Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes. An der Oberfläche entsteht eine Ladungstrennung; die Gesamtladung des Leiters ändert sich dabei nicht.
Polarisation im Isolator
Ein Isolator hat keine frei beweglichen Ladungsträger. Trotzdem wird auch er angezogen: Innerhalb jedes Teilchens verschiebt sich Ladung um einen winzigen Betrag. Das nennt man Polarisation.
Verschieben ist nicht Übertragen: Bei Influenz und Polarisation wird Ladung im Körper nur verschoben — die Gesamtladung bleibt unverändert. Erst Berührung oder Erdung überträgt Ladung dauerhaft.
- Verschiebungspolarisation:Das Feld zieht die Elektronenhülle zur einen, den Kern zur anderen Seite — aus dem Atom wird ein winziger Dipol.
- Orientierungspolarisation:Moleküle, die schon Dipole sind (etwa Wasser), werden vom Feld nur noch gedreht.
| Merkmal | Influenz | Polarisation |
|---|---|---|
| Material | Leiter (Metall) | Isolator (Nichtleiter) |
| Was bewegt sich? | freie Elektronen durch den ganzen Körper | Ladungen nur innerhalb eines Teilchens |
| Weite der Verschiebung | bis zur Oberfläche, also makroskopisch | Bruchteil eines Atomdurchmessers |
| Feld im Inneren | wird vollständig aufgehoben | wird nur abgeschwächt |
| Gesamtladung danach | unverändert | unverändert |
| Beispiel | Metallkugel neben geladenem Stab | Luftballon an der Wand, Wasserstrahl |
Reibungselektrizität und gezieltes Aufladen
Influenz und Polarisation verschieben Ladung nur. Beim Reiben dagegen wechseln Elektronen tatsächlich den Körper — einer wird positiv, der andere negativ.
- Reibungselektrizität
- Übertragung von Elektronen bei Berührung von einem Körper auf einen anderen. Beide Körper sind danach entgegengesetzt gleich stark geladen; ihre Gesamtladung bleibt null.
| Material | Verhalten beim Reiben | Ladung danach |
|---|---|---|
| Glas | gibt Elektronen leicht ab | positiv |
| Haare, Wolle | gibt Elektronen ab | positiv |
| Papier | liegt in der Mitte | je nach Partner |
| Kunststoff (PVC) | nimmt Elektronen auf | negativ |
| Hartgummi | nimmt Elektronen stark auf | negativ |
| Merkmal | Aufladen durch Reiben | Influenz | Polarisation |
|---|---|---|---|
| Berührung nötig? | ja | nein | nein |
| Ladung wird … | übertragen | im Leiter getrennt | im Teilchen verschoben |
| Körper danach | geladen | bleibt neutral | bleibt neutral |
| Wirkt bei | vor allem Isolatoren | nur Leitern | nur Isolatoren |
Man kann einen Leiter aber auch ohne Berührung dauerhaft aufladen — indem man die Influenz mit einer Erdung kombiniert:
- 1. Geladenen Stab nähern, ohne zu berühren — die Ladungen trennen sich.
- 2. Die abgewandte Seite kurz erden. Über die Erdung fließt Ladung nach.
- 3. Zuerst die Erdung lösen — solange der Stab die Ladung noch festhält.
- 4. Erst danach den Stab entfernen. Zurück bleibt eine Restladung, entgegengesetzt zur Stabladung.
Nachweisen und anwenden
Das Elektroskop macht Ladung sichtbar: Der Zeiger wird gleichnamig geladen wie der Stab und deshalb abgestoßen. Je mehr Ladung, desto größer der Ausschlag — das Vorzeichen zeigt es nicht an.
- Metallteller:Große Fläche zum Auffangen oder Annähern von Ladung.
- Metallstab:Leitet die Ladung nach unten zum Zeiger.
- Zeiger:Leichter, drehbarer Metallstreifen — das eigentliche Messglied.
- Isolierstopfen:Verhindert, dass Ladung über das Gehäuse abfließt.
Je näher der geladene Stab dem Teller kommt, desto weiter schlägt der Zeiger aus; die Erdung lässt ihn auf null zurückfallen.
Der Stab ist weit weg: Der Zeiger hängt senkrecht nach unten.
Influenz, Berührung und Abstoßung wirken beim springenden Tischtennisball im Plattenkondensator zusammen: Der Ball wird an einer Platte influenziert, angezogen, bei Berührung umgeladen, abgestoßen — und pendelt so dauerhaft hin und her.
Die Sprungfrequenz des Balls hängt von Spannung und Plattenabstand ab.
Allgemeine Hinweise
Influenz lädt nichts auf
Bei Influenz und Polarisation wird Ladung im Körper nur verschoben, die Gesamtladung bleibt null. Erst Berührung oder Erdung überträgt Ladung dauerhaft.
Elektroskop zeigt kein Vorzeichen
Der Ausschlag des Zeigers wächst nur mit dem Betrag der Ladung. Ob der Körper positiv oder negativ geladen ist, verrät das Elektroskop nicht.
Erdung zuerst lösen
Stab nähern, abgewandte Seite erden, dann erst die Erdung trennen und danach den Stab entfernen. In der falschen Reihenfolge fließt die Restladung wieder ab.