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Elektroskop

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Elektroskop

Ein Elektroskoop ist ein Gerät, welches in der Physik verwendet wird, um elektrische Ladungen und Spannungen in elektrischen Feldern nachzuweisen. Wie das genau funktioniert, werden wir dir heute in diesem Artikel erklären. Viel Spaß beim Lesen!

Nach welchem Prinzip funktioniert ein Elektroskop?

Coulombkraft

Die Nutzung dieses Geräts beruht auf der Grundlage, dass sich Gegensätze anziehen und Gleiches sich abstößt. Dabei sind mit den Gegensätzen und dem Gleichen Teilchen gemeint, welche Ladungen aufweisen. Denn diese Ladungen bewirken, dass sich Teilchen entweder aufeinander zu oder voneinander weg bewegen wollen. Diese, für uns unsichtbare Kraft, wird Coulombkraft genannt, da sie von dem französischen Physiker Charles Augustin de Coulomb entdeckt wurde.

Ladungen

Teilchen beziehungsweise Ionen weisen unterschiedliche Ladungen auf. Dabei wird unterschieden zwischen den:

  • Positiven Ladungen
  • Negativen Ladungen

In der Physik werden positive Ladungen auch Proton genannt und durch das Zeichen +e dargestellt. Dahingegen nennt man die negativen Ladungen Elektronen. Diese werden vereinfacht mit einem –e abgekürzt. Die Menge der Ansammlungen von Protonen und Elektronen in einem Ion bestimmt darüber, ob es am Ende insgesamt positiv oder negativ geladen ist.

Positive Ladung

Da Ladungen sich gegenseitig ausgleichen können, also ein 1:1 Verhältnis besteht, müssen in einem Ion mehr Protonen vorhanden sein als Elektronen, damit die Gesamtladung positiv wird. Dieser Zustand wird als Elektronenmangel beschrieben. Durch Reaktionen kann ein Teilchen so beeinflusst werden, dass noch weitere Elektronen hinzugefügt werden können, damit ein einst positiv geladenes Ion anschließend negativ wird.

Negative Ladung

Auf der anderen Seite, kann ein Ion natürlich ebenso negativ geladen sein. Dazu müssen die Elektronen in dem Ion die Anzahl der Protonen überwiegen. Es liegt dementsprechend kein Elektronenmangel, sondern ein Elektronenüberschuss vor. Tatsächlich gibt es noch eine dritte Möglichkeit und zwar das:

  • Neutrale Atom

Wie der Name verrät, handelt es sich um ein Atom, welches keine Ladung aufweist, da die Protonen und Elektronen genau die gleiche Anzahl aufweisen. Somit gleichen sich die Ladungen innerhalb des Atoms aus, weshalb es am Ende neutral ist.

Wie ist ein Elektroskop aufgebaut?

Wie du jetzt weißt, können Elektroskope eben genau diese elektrischen Ladungen nachweisen. Es handelt sich somit um ein elektrostatisches Spannungsmessgerät. Die Elektrostatik bedeutet, dass ein elektrisches Feld, also ein Raum in welchem elektrische Spannungen bestehen, vorhanden ist. Dieses Feld ist jedoch stromlos vorhanden. Ein Elektroskop setzt sich aus:

  • einer Nadel in einer Halterung, welche in der Lage ist zu rotieren,
  • einem Träger der diese Nadel hält
  • und einem Gerüst, in welchem der Träger mit der Nadel drinnen hängt zusammen.

Abb. 1: Elektroskop

(Quelle: www.elsenbruch.de)

Wichtig zu beachten ist, dass ein Elektroskop ein Leiter ist.

Leiter

Leiter sind Körper, die in der Lage sind durch sich Strom oder Ladungen hindurch fließen zu lassen. Das Gegenstück dazu, sind die sogenannten Isolatoren. Da sie nicht in der Lage sind, Ladungen durch ihren Körper transportieren zu lassen, werden sie häufig verwendet um einen Leiter vor Strom oder Ladungen zu schützen. Sie werden wie eine Hülle um den Leiter herumgeschlossen.

Influenz

Weil es sich bei dem Elektroskop um einen Leiter handelt, kommt bei der Anwendung dieses die Influenz zum tragen. Wenn an einen neutralen Körper, also unseren Leiter, ein geladener Körper herangeführt wird, kommt die Coulombkraft zum Einsatz. Das bedeutet, dass sich die Ladungen innerhalb des Leiters nach dem zweiten Körper ausrichten und neu ansortieren werden. Das Prinzip der Abstoßung und Anziehung kommt zum greifen. Eben diese Funktionsweise, weist ein Elektroskop auf.

Abb. 2: Positive und negative Leiter(Quelle: www.physikunterricht-online.de)

Arten eines Elektroskops

Die Messgeräte gibt es in unterschiedlichen Arten und unterscheiden sich in der Komplexität ihrer Bauform:

  • Zeigerelektroskop
    • Einfachste Bauform: besteht nur aus einem aufgestellten und isolierten Metallstab und einem an ihm befestigen Metallzeiger
  • Doppelzeiger-Elektroskop
    • Für empfindliche Geräte, da es sehr messgenau ist. Dadurch kann es jedoch auch schwerer vor Fremdeinflüssen geschützt wie z.B. Erschütterungen oder Luftströme
  • Folien-Elektroskop/ Blättchenelektroskop
    • Besteht aus gefalteten Gold-, Aluminium- oder Kupferfolienstreifen

Elektrometer

Ein Elektrometer gehört zu der Gruppe der Elektroskope. Während ein Elektroskop lediglich angiebt, dass eine elektrische Ladung oder Spannung vorhanden ist, besitzt ein Elektrometer auch eine Skala. Anhand dieser kann die Spannung nicht nur nachgewiesen werden, sondern auch abgelesen beziehungsweise gemessen werden. Genau wie bei dem Elektroskop gibt es auch hier wieder unterschiedliche Bauformen, die je nach Genauigkeitsbedarf angewandt werden.

Abb. 3: Elektrometer

(Quelle: www.uni-freiburg.de)

Elektroskop – Beispiel

Auf diesem Bild siehst du ein Elektroskop, welches sich in seiner Ausgangsposition befindet.

Abb. 4: Elektroskop in Ausgangsposition

(Quelle: www.elsenbruch.de)

Um Ladungen oder Spannungen nachzuweisen, führen wir einen Gegenstand, in diesem Fall einen Plexiglasstab, an das Elektroskop heran. Wie du erkennen kannst, befindet sich das Elektroskop immernoch in seinem Ausgangszustand. Das sagt uns, dass der Gegenstand nicht geladen, in dem Fall also neutral ist.

Abb. 5: Versuch mit Plexiglasstab, Elektroskop zu bewegen

(Quelle: www.leifiphysik.de)

Nun wird der Plexiglasstab gerieben, um eine mögliche Spannung aufzubauen. Ob das funktioniert hat, kann erneut überprüft werden. Nach Heranführung an das Elektroskop kannst du erkennen, dass die Nadel ihre Position verändert hat. Die Ladungen in der Nadel haben sich neu umsortiert, wodurch sich die Position der Nadel verschiebt. Jetzt weißt du, dass der Plexiglasstab geladen ist.

Abb. 6: Veränderte Position des Elektroskops

(Quelle: www.leifiphysik.de)

Alles Wichtige auf einen Blick

Hier kannst du noch einmal prüfen, ob du auch wirklich alles in deinem Kopf behalten hast:

  • Elektroskope weisen elektrische Ladungen oder Spannungen eines Gegenstandes nach
  • Elektrometer können die Ladungen und Spannungen genau bemessen
  • Die zu wirkenden Kräfte bei einem Versuch heißen Coulombkraft
  • Die Bewegung der Nadel eines Elektroskops ist die Folge der Influenz
  • Ein Elektroskop ist ein Leiter
  • Es reagiert nur auf positiv oder negativ geladene Körper.
60%

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