Elektrostatische Aufladungen
Aufgabenstellung
Elektrostatische Aufladungen sind ein sehr alltägliches Phänomen. Es dürfte wohl jede Person schon einmal die Erfahrung gemacht haben, bei Berührung eines metallischen Gegenstands einen „elektrischen Schlag“ erhalten zu haben. Dieser entsteht durch die Entladung einer zuvor aufgebauten elektrostatischen Ladung. Die folgenden Aussagen beziehen sich auf elektrostatische Aufladungen beziehungsweise die daraus resultierende Entladung. Beurteilen Sie deren Richtigkeit.
| Aussage | Richtig | Falsch |
|---|---|---|
| Elektrostatische Aufladungen können entstehen durch Reibung zweier verschiedener Materialien aneinander (sogenannte Reibungselektrizität). | ||
| Bei der Aufladung eines Körpers werden positive beziehungsweise negative Ladungsträger erzeugt. | ||
| Da elektrostatische Aufladungen leicht Spannungen von mehreren Kilovolt erreichen können, können empfindliche elektronische Geräte dadurch beschädigt werden. | ||
| Die gegensätzliche Aufladung zwischen aufgeladener Person und Fußboden erzeugt eine anziehende Coulombkraft, die ähnlich groß ist wie die Gewichtskraft. | ||
| Bei der Entladung fließt kurzzeitig ein kleiner elektrischer Strom, der zu einem Ausgleich der unterschiedlichen Ladungen führt. | ||
| Da bei der oben beschriebenen elektrostatischen Aufladung nur sehr kleine Beträge der elektrischen Ladung auftreten, sind derartige Aufladungen bzw. die daraus resultierenden Entladungen in aller Regel unbedenklich. | ||
| Werden zwei (zuvor elektrisch neutrale) Körper durch Reibung aneinander aufgeladen, so tragen sie im Anschluss gleiche Beträge der elektrischen Ladung mit entgegengesetztem Vorzeichen. | ||
| Bei der Entladung werden die positiven und negativen Ladungsträger vernichtet. Ihre Masse wird gemäß der Formel E=mc^2 in Energie umgewandelt, die als Funke sichtbar wird. |
Lösung
- Elektrostatische Aufladungen können entstehen durch Reibung zweier verschiedener Materialien aneinander (sogenannte Reibungselektrizität).
- Richtig: Bestimmte Materialkombinationen erzeugen sehr schnell eine elektrische Aufladung. Im Alltag sind dies beispielsweise verschiedene Textilien.
- Bei der Aufladung eines Körpers werden positive beziehungsweise negative Ladungsträger erzeugt.
- Falsch: Ladungen sind grundsätzlich immer vorhanden und können nicht erzeugt werden. Die Aufladung geschieht durch Ladungstrennung, sodass ein Ungleichgewicht zwischen positiven und negativen Ladungsträgern entsteht.
- Da elektrostatische Aufladungen leicht Spannungen von mehreren Kilovolt erreichen können, können empfindliche elektronische Geräte dadurch beschädigt werden.
- Richtig: Dies betrifft vor allem offene Bauelemente oder Schaltkreise, bei deren Benutzung eine Aufladung vermieden werden sollte.
- Die gegensätzliche Aufladung zwischen aufgeladener Person und Fußboden erzeugt eine anziehende Coulombkraft, die ähnlich groß ist wie die Gewichtskraft.
- Falsch: Zwar bewirkt die gegensätzliche Aufladung tatsächlich eine anziehende Coulombkraft. Deren Größenordnung ist jedoch wesentlich kleiner als die Gewichtskraft eines Menschen, sodass sie praktisch zumeist ignoriert werden kann.
- Bei der Entladung fließt kurzzeitig ein kleiner elektrischer Strom, der zu einem Ausgleich der unterschiedlichen Ladungen führt.
- Richtig: Die zuvor getrennten Ladungen bewegen sich solange, bis wieder ein Gleichgewicht zwischen positiven und negativen Ladungsträgern besteht.
- Da bei der oben beschriebenen elektrostatischen Aufladung nur sehr kleine Beträge der elektrischen Ladung auftreten, sind derartige Aufladungen bzw. die daraus resultierenden Entladungen in aller Regel unbedenklich.
- Richtig: Die hohe Spannung allein ist für den Menschen in aller Regel unproblematisch, solange sehr kleine Beträge der Ladung beteiligt sind und somit bei einer Entladung nur sehr kleine Ströme fließen.
- Werden zwei (zuvor elektrisch neutrale) Körper durch Reibung aneinander aufgeladen, so tragen sie im Anschluss gleiche Beträge der elektrischen Ladung mit entgegengesetztem Vorzeichen.
- Richtig: Da Ladungen weder erzeugt noch vernichtet werden, sondern lediglich getrennt werden, muss das anfangs vorhandene Gleichgewicht positiver und negativer Ladungsträger bestehen bleiben.
- Bei der Entladung werden die positiven und negativen Ladungsträger vernichtet. Ihre Masse wird gemäß der Formel E=mc^2 in Energie umgewandelt, die als Funke sichtbar wird.
- Falsch: Die Entladung geschieht durch einen Stromfluss, der zu einem Ladungsausgleich führt. Die Energie des Funkens entstammt der Coulombenergie der zuvor getrennten Ladungen.