Aufgaben: Elektrische Natur der Materie: Aufladung durch Reibung

Wir reiben einen Luftballon am T-Shirt und halten ihn dann an kleine Papierschnipsel; diese springen hoch und bleiben am Luftballon kleben, wie die Abbildung zeigt.

Wie nennt man diese Art, einen Gegenstand durch Reiben aufzuladen? Erkläre mit eigenen Worten, was mit dem Luftballon passiert ist.

Wie viele Arten elektrischer Ladung gibt es und wie heißen sie? Sieh dir die beiden Ladungspaare in der Abbildung an:

Erkläre, was geschieht, wenn man zwei gleichartige Ladungen einander nähert, und was geschieht, wenn man zwei verschiedenartige Ladungen einander nähert.

Nachdem sich Adrian mit einem Plastikkamm gekämmt hat, hält er ihn an einen dünnen Wasserstrahl aus dem Wasserhahn und das Wasser wird zum Kamm hin abgelenkt, wie in der Abbildung.

Was ist mit dem Kamm passiert, als er an den Haaren gerieben wurde? Warum wird das Wasser zu ihm hin abgelenkt?

Atome haben positiv geladene Protonen, negativ geladene Elektronen und ungeladene Neutronen. Ein Atom hat $6$ Protonen und $6$ Elektronen, wie das in der Abbildung.

1. a) Wie groß ist seine Gesamtladung?
2. b) Welche Ladung hat das Atom, wenn es ein Elektron verliert?

Gib an, welche dieser Gegenstände den elektrischen Strom gut leiten (Leiter) und welche nicht (Isolatoren): ein Eisenschlüssel, ein Plastiklineal, eine Münze, ein Radiergummi, ein Stahllöffel und ein Holzstäbchen.

Ergänze den Satz mit den fehlenden Wörtern: „Der elektrische Strom ist die Bewegung der elektrischen $\dots$ durch einen $\dots$, wie das Kupfer der Kabel." Erkläre anschließend den Satz mit eigenen Worten.

Im Winter stehen Vega beim Abnehmen der Wollmütze die Haare zu Berge und einige Haare bleiben an der Mütze kleben. Warum stehen ihr die Haare zu Berge und warum stoßen sich einzelne Haare voneinander ab? Erkläre es mit dem, was du über Ladungen weißt.

Das Innere der Kabel besteht aus Kupfer und die äußere Hülle aus Plastik, wie im Schnitt der Abbildung zu sehen ist.

Warum stellt man sie nicht umgekehrt her, mit Plastik innen und Kupfer außen? Begründe mit den Wörtern Leiter und Isolator.

Wir reiben zwei Luftballons mit demselben Wolltuch und nähern sie einander, wie in der Abbildung.

1. a) Ziehen sie sich an oder stoßen sie sich ab?
2. b) Begründe, indem du an die Art der Ladung denkst, die jeder Luftballon erhalten hat.

Marcos nähert einen geriebenen Kunststoffstab einem Korkkügelchen, das an einem Faden hängt, wie in der Abbildung.

Das Kügelchen bewegt sich auf den Stab zu und berührt ihn; unmittelbar danach wird es nach hinten weggeschleudert. Erkläre, warum das Kügelchen zuerst angezogen und dann abgestoßen wird.

Um herauszufinden, ob ein Material den elektrischen Strom leitet, bauen wir einen Stromkreis mit einer Batterie, einer Glühlampe und zwei losen Kabeln auf, wie in der Abbildung.

Wenn wir mit den Kabelenden eine Münze berühren, leuchtet die Glühlampe; berühren wir ein Holzstäbchen, leuchtet sie nicht.

1. a) Welche Schlussfolgerung ziehst du für jedes der beiden Materialien?
2. b) Wie heißen die Materialien der beiden Gruppen?

Beim Reiben eines Luftballons an den Haaren geht ein Teil der Ladung von den Haaren auf den Ballon über, und der Ballon ist negativ geladen.

1. a) Welche Ladung bleibt dann in den Haaren?
2. b) Erkläre, warum sich beim langsamen Wegziehen des Ballons einige Haare hinter ihm herstrecken.

In einer Gewitterwolke reiben Wassertropfen und Eiskristalle aneinander, und die Wolke sammelt sehr viel elektrische Ladung an, wie die Abbildung zeigt.

Erkläre mit diesen Überlegungen, wodurch die Wolke aufgeladen wurde und warum ein Blitz wie ein riesiger Funke ist.

Wir hängen ein Styroporkügelchen an einen Faden. Zuerst nähern wir einen Finger und es passiert nichts; danach nähern wir ein Kunststofflineal, das gerade mit einem Tuch gerieben wurde, und das Kügelchen bewegt sich auf das Lineal zu.

1. a) Warum passiert mit dem Finger nichts?
2. b) Warum bewegt es sich mit dem geriebenen Lineal?

Beim Rutschen auf einer Kunststoffrutsche reibt sich der Körper an der Oberfläche. Wenn wir unten ankommen und das Metallgeländer berühren, spüren wir manchmal einen kleinen Schlag. Erkläre Schritt für Schritt, von Beginn der Rutschpartie an, wie dieser Schlag entsteht.

Sarah reibt einen Luftballon am Teppich und lässt ihn an der Decke haften, wo er eine ganze Weile hängen bleibt.

1. a) Wie ist der Ballon nach dem Reiben geladen?
2. b) Nach einigen Stunden fällt der Ballon herunter. Was ist deiner Meinung nach mit seiner Ladung passiert?

Lea reibt einen Luftballon mit einem Wolltuch und stellt fest, dass er Papierschnipsel anzieht.

1. a) Erkläre, was beim Reiben mit den Ladungen von Ballon und Tuch passiert ist.
2. b) Warum zieht der Ballon jetzt die Papierschnipsel an?
3. c) Wenn sie einen zweiten Ballon mit demselben Tuch reibt und die beiden Ballons einander nähert, was geschieht dann? Begründe.

Anna sagt: „Beim Reiben eines Luftballons entsteht neue Ladung, die vorher nicht da war.“ Bruno antwortet: „Es entsteht keine neue Ladung: Die Ladung geht von einem Körper auf den anderen über, deshalb haben Ballon und Tuch am Ende unterschiedliche Ladungen.“

1. a) Wer hat recht?
2. b) Begründe deine Antwort, indem du überlegst, was mit den beiden aneinander geriebenen Gegenständen passiert.

Du möchtest überprüfen, ob sich ein Stück Kreide durch Reiben aufladen lässt, so wie ein Luftballon.

1. a) Erstelle eine Liste der Materialien, die du verwenden würdest.
2. b) Beschreibe das Experiment Schritt für Schritt.
3. c) Was würdest du beobachten, wenn sich die Kreide auflädt? Und wenn sie sich nicht auflädt?

Techniker, die Computer reparieren, tragen ein Armband, das über ein Kabel mit einem Metallrohr verbunden ist, weil ein kleiner Schlag durch statische Elektrizität die Bauteile beschädigen kann.

1. a) Wie kann sich der Körper der Person bei der Arbeit aufladen (Kleidung, Schuhe, Stuhl)?
2. b) Was würde mit dieser angesammelten Ladung passieren, wenn die Person ein empfindliches Bauteil berührt?
3. c) Erkläre, was das Armband mit der Ladung macht und warum das Kabel an einem Stück Metall endet.

Experimente zur Elektrisierung funktionieren an trockenen Tagen viel besser als an feuchten: Ein geriebenes Lineal, das morgens Papierschnipsel angezogen hat, bewegt sie an einem regnerischen Nachmittag kaum.

1. a) Was passiert im Laufe der Zeit mit der Ladung des Lineals?
2. b) Wasser hilft dabei, dass die Ladung von Gegenständen abfließt. Erkläre damit, warum das Experiment an feuchten Tagen schlechter funktioniert.

Ein Stecker hat ein Gehäuse aus hartem Kunststoff und Kontaktstifte aus Metall, wie in der Abbildung.

1. a) Welche elektrische Eigenschaft wird bei jedem der beiden Teile gewünscht?
2. b) Was würde passieren, wenn das Gehäuse aus Metall wäre?
3. c) Und wenn die Kontaktstifte aus Kunststoff wären? Erkläre, ob der Stecker funktionieren würde.

Reibt man einen Glasstab mit einem Seidentuch und nähert ihn einem anderen, genauso geriebenen Glasstab, stoßen sich die beiden ab. Nähert man den geriebenen Glasstab aber einem Kunststoffstab, der mit Wolle gerieben wurde, ziehen sie sich an.

1. a) Welche Schlussfolgerung ziehst du für die Ladungen der beiden Glasstäbe?
2. b) Und für die Ladungen des geriebenen Glases und des geriebenen Kunststoffs?
3. c) Wie viele Arten von Ladung gibt es deiner Meinung nach? Begründe deine Antworten mit der Regel für Anziehung und Abstoßung.

An der Tankstelle wird empfohlen, vor dem Tanken die Metallkarosserie des Autos mit der Hand zu berühren.

1. a) Wie kann sich der Körper des Fahrers während der Fahrt aufgeladen haben?
2. b) Was könnte passieren, wenn diese Ladung als Funke in der Nähe der Benzindämpfe überspringt?
3. c) Warum verhindert das vorherige Berühren der Karosserie die Gefahr?