alpha Lernen - Physik

Elektrisch geladene Körper Getrennte Ladungen

Von: Matthias Rex, Peter Mayer

Stand: 22.12.2016

Schau dir zunächst das Video auf den folgenden Punkt hin an:

  • Erkläre, wie Gewitterblitze entstehen.

Der Van-de-Graaff-Generator

Ein Van-de-Graaff-Generator kann auf unterschiedlichen Funktionsweisen beruhen. Zwei Möglichkeiten werden im Folgenden vorgestellt. Beide Möglichkeiten unterscheiden sich aber lediglich darin, wie die Ladung auf das Gummiband gelangt.

"Mit Reibung" (links im Bild): Das Gummiband wird von einem Elektromotor angetrieben. Der Motor treibt dabei eine Kunststoffwalze an, auf der das Gummiband aufliegt. Beim Abrollen (Trennen) des Gummibandes von der Kunststoffwalze kommt es zur Ladungstrennung. Auf dem Gummiband bleiben Elektronen zurück.

"Mit Koronaentladung" (rechts im Bild): Elektronen werden mit Hilfe einer Batterie oder einem Hochspannungsgerät mit der unten angebrachten zweiten Metallbürste auf das Gummiband gesprüht.

Die Ladungsträger werden nun durch die Bewegung des Gummibandes nach oben transportiert.
Oben angelangt, werden die Ladungsträger durch eine mit der Kugel leitend verbundene Bürste vom Band abgeleitet. Damit lädt sich die Kugel immer stärker elektrisch auf, bis es schließlich zu einem Entladungsblitz kommt.

Hinweis zur Funktionsweise mit der Koronaentladung

Hier kann die große Metallkugel auch positiv geladen werden. Denn mit Hilfe der unteren Metallbürste lassen sich auch Elektronen zur Bürste "saugen", indem wir die Bürste mit dem positiven Pol des Hochspannungsgeräts verbinden.

Das bedeutet, auf dem Gummiband entsteht ein Elektronenmangel. Kommt die positiv geladene Stelle des Gummibands in Berührung mit der oberen Bürste, werden Elektronen von der großen Metallkugel auf das Gummiband gezogen. Das bedeutet, dass dort nun ein Elektronenmangel, also eine positive Ladung entstanden ist.

Lerncheck: Getrennte Ladungen

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Erkläre, wie Gewitterblitze entstehen.

Antwort

In großer Höhe ist die Temperatur sehr niedrig. Beim Aufsteigen von schwüler Luft frieren Wassertropfen in dieser Höhe aus. Dabei reiben die verbliebenen Tropfen an den Eiskristallen der ausgefrorenen Tropfen. Dabei kommt es zur Ladungstrennung. Die Eiskristalle geben dabei Elektronen an die Wassertropfen ab. Damit kommt es zu einem Elektronenmangel in den Eiskristallen (positiv geladen) und zu einem Elektronenüberschuss im Wassertropfen.

Die Eiskristalle sammeln sich an der Oberseite der Wolke, die Wassertropfen an der Unterseite. Diese Ladungstrennung (elektrische Influenz) schreitet weiter fort bis zu einer Grenzspannung von ca. 170.000 V, die sich schließlich innerhalb der Wolke oder zwischen Wolke und Boden entladen.