Kräfte zwischen geladenen Körpern
Aufgabenstellung
Die Wechselwirkung zwischen elektrisch geladenen Körpern soll in einem Experiment qualitativ untersucht werden. Hierfür werden folgende Materialien verwendet (siehe Foto):
- Ein Tischtennisball, der an einem dünnen Faden freischwingend aufgehängt ist
- Kuntstoffstab und Nylontuch
- Glasstab und Fell
Alle diese Materialien sind zu Beginn des Versuchs elektrisch ungeladen.
Die Vorgehensweise ist folgende:
- Kuntstoffstab und Nylontuch werden kräftig aneinander gerieben.
- Hinweis: Der Kunststoffstab wird hierdurch negativ aufgeladen.
- Der Kunststoffstab wird in Kontakt zum Tischtennisball gebracht.
- Anschließend wird der Kunststoffstab in die Nähe des Balls gebracht, ohne diesen weiter zu berühren.
- Glasstab und Fell werden kräftig aneinander gerieben.
- Der Glasstab wird in die Nähe des Tischtennisballs gebracht ohne diesen zu berühren.
- Beobachtung: Dabei wird der Ball zum Stab hin angezogen.
Beurteilen Sie die Richtigkeit der folgenden Aussagen zu diesem Versuch!
| Aussage | Richtig | Falsch |
|---|---|---|
| In Schritt 3 wird der Tischtennisball zum Kunststoffstab hin angezogen. | ||
| Der Glasstab ist nach Schritt 4 positiv geladen. | ||
| In Schritt 2 werden Ladungsträger auf den Tischtennisball übertragen, sodass der Ball anschließend ebenfalls negativ geladen ist. | ||
| Da der Kunststoffstab nach Schritt 1 negativ geladen ist, kann er keinerlei positive Ladungsträger mehr besitzen. | ||
| Die beiden Stäbe besitzen zu Versuchsbeginn keine Ladungsträger. Diese werden erst durch die Reibungsvorgänge (Schritte 1 und 4) erzeugt. | ||
| Die Anziehungskraft zwischen Ball und Glasstab (Schritt 5) entsteht, da ein Strom zwischen beiden Körpern fließt. |
Lösung
- In Schritt 3 wird der Tischtennisball zum Kunststoffstab hin angezogen.
- Falsch: Kunststoffstab und Ball sind beide negativ geladen, sodass es zur Abstoßung zwischen gleichartig geladenen Körpern kommt.
- Der Glasstab ist nach Schritt 4 positiv geladen.
- Richtig: So kommt es zur Anziehung zwischen ungleichartig geladenen Körpern im Schritt 5.
- In Schritt 2 werden Ladungsträger auf den Tischtennisball übertragen, sodass der Ball anschließend ebenfalls negativ geladen ist.
- Richtig: Ladungen lassen sich von einem Körper auf einen anderen übertragen. Aus der im letzten Schritt beobachteten Anziehung kann die Aufladung des Balls geschlussfolgert werden.
- Da der Kunststoffstab nach Schritt 1 negativ geladen ist, kann er keinerlei positive Ladungsträger mehr besitzen.
- Falsch: Positive und negative Ladungsträger sind immer vorhanden. Die negative Aufladung des Stabs bedeutet lediglich einen Überschuss an negativen Ladungsträgern.
- Die beiden Stäbe besitzen zu Versuchsbeginn keine Ladungsträger. Diese werden erst durch die Reibungsvorgänge (Schritte 1 und 4) erzeugt.
- Falsch: Positive und negative Ladungsträger sind immer vorhanden und können nicht erzeugt werden. Die Aufladung erfolgt durch Ladungstrennung, die zu einem Ungleichgewicht zwischen positiven und negativen Ladungen führt.
- Die Anziehungskraft zwischen Ball und Glasstab (Schritt 5) entsteht, da ein Strom zwischen beiden Körpern fließt.
- Falsch: Die Wechselwirkung zwischen Ladungen erfolgt unabhängig von deren Bewegung. Ein Stromfluss würde zu einem Ladungsausgleich führen und die beobachtete Kraftwirkung würde sehr schnell verschwinden.