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.

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.

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.

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.

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.

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.

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?

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.

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.

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.

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?

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.

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.

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.

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?