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Erzeugung einer Ladung

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Team Digital
Erzeugung einer Ladung
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Grundlagen zum Thema Erzeugung einer Ladung

Inhalt

Elektrische Ladung – Entstehung

Im folgenden Text wird die elektrische Ladung auf einfache Weise erklärt. Dabei wird häufig von der Erzeugung einer elektrischen Ladung gesprochen, doch streng genommen werden elektrische Ladungen nicht erzeugt, sie befinden sich bereits überall. Jedoch sind Ladungen nach außen hin meist nicht spürbar. Es ist bei der Erzeugung von elektrischer Ladung also immer die Erzeugung elektrisch spürbarer Ladung gemeint.

Wie lautet die Definition der elektrischen Ladung?

Die elektrische Ladung gibt die Größe des Elektronenmangels oder Elektronenüberschusses eines Körpers an. Das Formelzeichen der elektrischen Ladung ist $q$ oder $Q$. Die elektrische Ladung wird in der Einheit Coulomb $\left(\pu{C}\right)$ angegeben.

Wie entsteht elektrische Ladung?

Um zu verstehen, was elektrische Ladung ist, müssen wir uns noch einmal in Erinnerung rufen, was Atome sind. Alles besteht aus Atomen. In ihnen befinden sich elektrisch geladene Teilchen. Der Kern der Atome ist positiv geladen, wohingegen die Hülle um den Kern herum negativ geladen ist. Im Kern sitzen Neutronen und positiv geladene Protonen fest beieinander. Um den Kern herum befinden sich negativ geladene Teilchen, die Elektronen. Elektronen können sich in der Hülle deutlich freier bewegen als die Neutronen und Protonen im Kern. Die Elektronen können sich zwischen verschiedenen Atomen hin- und herbewegen. Sie versuchen jedoch, die positive Ladung der Atomkerne gleichmäßig auszugleichen. Somit ist von außen häufig keine Ladung spürbar. Erst durch eine Ladungstrennung wird eine spürbare elektrische Ladung erzeugt.

Was ist Ladungstrennung?
Werden die Elektronen von den Atomkernen getrennt und sammeln sich an einer Stelle an, so wird eine spürbare elektrische Ladung erzeugt. Dieser Vorgang wird Ladungstrennung genannt.

elektrische Ladung Physik

Wie kann ein Körper elektrisch geladen werden?

Erzeugen einer elektrischen Ladung durch Reibung
Bei Stoffen wie Gummi, Plastik und Wolle funktioniert die Ladungstrennung einfach durch Reibung. Betrachten wir die Trennung von elektrischer Ladung am Beispiel eines Luftballons:

Reibt man einen Luftballon über die Haare einer Person, so werden die Elektronen in den Haaren in Bewegung versetzt und auf den Luftballon abgestreift. In den Haaren herrscht nun ein Elektronenmangel. Im Luftballon hingegen herrscht ein Elektronenüberschuss. Die Haare sind nun also positiv geladen, wohingegen der Luftballon negativ geladen ist.

  • Elektronenmangel: positiv geladen
  • Elektronenüberschuss: negativ geladen

Da die Elektronen gewandert sind und sich dadurch die Ladungen der beiden Körper verändert haben, nennt man sie auch Ladungsträger. Unter dem Begriff Ladungsträger versteht man in der Physik elektrisch geladene Teilchen, die die elektrische Ladung transportieren – wie zum Beispiel Elektronen.

Für elektrisch geladene Körper gilt:

  • Positive und negative Ladungen ziehen sich gegenseitig an, da die Elektronen die Ladungstrennung schnell ausgleichen möchten.
  • Gleiche Ladungen stoßen sich ab.

Diese gegenseitige Anziehung sorgt dafür, dass die Haare nun am Luftballon kleben. Doch auch dann, wenn der Luftballon entfernt wird, stehen die Haare weiterhin vom Kopf ab. Das liegt daran, dass sich gleichnamige Ladungen abstoßen. Die einzelnen Haare stoßen sich also voneinander ab, da sie alle positiv geladen sind.

Erzeugen einer elektrischen Ladung durch bereits elektrisch geladene Körper
Bereits geladene Körper können in anderen Körpern auch ohne Reibung eine Ladungstrennung hervorrufen. Dieser Prozess wird Influenz genannt. Bringt man einen geladenen Körper in die Nähe eines anderen Körpers, so wird durch die Abstoßung gleicher Ladungen eine Ladungstrennung erzeugt. So entsteht im Körper eine positive Seite mit Elektronenmangel und eine negative Seite mit Elektronenüberschuss.

Beispiel:
Mit dem negativ geladenen Luftballon können nun kleine Papierschnipsel angezogen werden. Bringt man den Luftballon in die Nähe der Papierschnipsel, so sorgt die Influenz dafür, dass sich in den Papierschnipseln positiv und negativ geladene Seiten ausbilden. Die positiv geladenen Seiten werden von dem negativ geladenen Luftballon angezogen. Bei der Berührung mit dem Luftballon entladen sich die Papierschnipsel und fallen kurz darauf wieder herunter.

Bei der Entladung kommt es dazu, dass der Elektronenmangel oder Elektronenüberschuss wieder ausgeglichen wird. Somit fließen die Elektronen entweder ab oder sie fließen zurück in den Körper. Wird ein Körper an der Erdoberfläche entladen, so nennen wir diesen Prozess Erden. Das funktioniert, da die Erde einen riesigen Vorrat an leicht beweglichen Elektronen besitzt. Ein kleiner Ladungsunterschied kann also unmittelbar ausgeglichen werden. Dieser Unterschied ist für die Erde unmessbar klein, weshalb sie als elektrisch neutral betrachtet werden kann.

Erzeugung einer elektrischen Ladung – Zusammenfassung

Die folgenden Stichpunkte fassen noch einmal die wichtigsten Informationen zur Erzeugung der elektrischen Ladung zusammen.

  • Die elektrische Ladung gibt an, wie groß der Elektronenüberschuss oder Elektronenmangel eines Körpers ist.
  • Elektrische Ladungen ergeben sich aus der Verteilung von Elektronen um die Atomkerne.
  • Bei der Ladungstrennung sammeln sich die negativ geladenen Elektronen an einer Stelle an.
  • Reibung und Influenz können zu einer Ladungstrennung führen.
  • Bei der Entladung werden die Elektronen abgeleitet und Strom fließt.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Erzeugung einer Ladung

Wie kann man Ladung erzeugen?
Was versteht man unter Ladungstrennung?
Was ist ein Ladungsträger?

Transkript Erzeugung einer Ladung

Ganz schön geladen, das kleine Kerlchen! Wie macht es das mit den Blitzen? Hm, ein Blitz ist eine elektrische Entladung Aber bevor sich etwas entladen kann, sehen wir uns erstmal die „Erzeugung einer Ladung“ an. Eins vorweg: Elektrische Ladungen werden streng genommen gar nicht „erzeugt“, denn sie befinden sich bereits überall. Du hast bestimmt schon gehört, dass alles aus „Atomen“ besteht – und vielleicht auch, dass sich diese Atome aus einem „positiv“ geladenen Kern und einer „negativ“ geladenen Hülle zusammensetzen. In den Atomkernen sitzen „Neutronen“ und positiv geladene „Protonen“ fest beieinander. Die negativ geladenen „Elektronen“, die in der Hülle um den Kern herumschwirren, können sich dagegen deutlich freier bewegen. Sie können sogar zwischen verschiedenen Atomen hin- und herwechseln. Im Normalfall verteilen sie sich allerdings so, dass sie die positiven Ladungen der Atomkerne gleichmäßig ausgleichen, so dass von außen keine Ladung spürbar ist. Eine spürbare elektrische Ladung wird dann hervorgerufen, wenn die Elektronen von den Atomkernen getrennt werden und sich an einer Stelle sammeln. Das nennen wir „Ladungstrennung“. Und wie schafft man das? Eine einfache Möglichkeit, die mit Stoffen wie Gummi, Plastik, oder auch Wolle gut funktioniert, ist „Reibung“. Wenn du zum Beispiel einen Luftballon an deinen Haaren reibst, werden die Elektronen in deinen Haaren in Bewegung versetzt und auf den Luftballon abgestreift. Es herrscht jetzt ein „Elektronenmangel“ in deinen Haaren, und ein „Elektronenüberschuss“ auf dem Luftballon. Das tut nicht weh, aber es führt dazu, dass deine Haare jetzt „positiv“ geladen sind, weil viele Elektronen, also negative Ladungen, fehlen. Diese sitzen auf dem Luftballon, weshalb dieser nun „negativ“ geladen ist. Positive und negative Ladungen ziehen sich allerdings gegenseitig an, da sie die Ladungstrennung schnell wieder ausgleichen möchten. Deshalb kleben deine Haare am Luftballon. Nimmst du den Luftballon weg, stehen deine Haare aber immer noch zu Berge! Das liegt daran, dass „gleichnamige“ Ladungen sich abstoßen. Die einzelnen, positiv geladenen Haare wollen also so weit wie möglich voneinander entfernt stehen, was ziemlich lustig aussehen kann. Aber woher wissen wir, dass die Elektronen von den Haaren zum Luftballon gewandert sind und nicht umgekehrt? Das finden wir heraus, wenn wir den Luftballon entladen. Dazu nutzen wir eine Glimmlampe, die wir mit einer Metallplatte verbinden. Sobald der geladene Luftballon die Metallplatte berührt, leuchtet die Glimmlampe auf. Was ist passiert? Die überschüssigen Elektronen sind auf die Metallplatte übergegangen. Da Metall die Elektronen sehr gut weiterleitet, gelangen diese schnell zur Lampe – für kurze Zeit fließt ein Strom, und die linke Seite der Lampe leuchtet auf. Bei einem positiv geladenen Luftballon fließt ebenfalls ein Strom. Dann gehen nämlich Elektronen über das Metall auf den Luftballon über, um dessen Ladung auszugleichen. In dem Fall leuchtet allerdings die rechte Seite der Glimmlampe auf, da der Strom in die andere Richtung fließt. Hat man erstmal einen „geladenen Körper“, kann man damit auch in anderen Dingen Ladungen hervorrufen, ohne daran reiben zu müssen. Dieses Phänomen nennt man „Influenz“. Wenn du deinen geladenen Luftballon nur in die Nähe eines anderen Körpers bringst, werden durch die Abstoßung gleichnamiger Ladungen die Elektronen in dem Körper nach hinten gedrängt. Durch diese Ladungstrennung entstehen im Körper eine „positive“ und eine „negative“ Seite. So kannst du zum Beispiel mit dem geladenen Luftballon kleine Papierschnipsel anziehen. Durch die „Influenz“ bilden sich in den Schnipseln positiv geladene Seiten, die von den negativen Ladungen auf dem Luftballon angezogen werden. Probier' das doch selbst mal aus! Nutze dafür am besten die kleinen Papierreste, die sich in einem Locher sammeln. Und vergiss nicht, deinen Ballon vorher gut aufzuladen! Sobald die Schnipsel den Luftballon berühren, entladen sie sich und fallen deshalb bald wieder herunter. Blitze wirst du dabei keine sehen – die gibt es nur, wenn eine starke Entladung durch die Luft stattfindet. Dazu muss aber erst einiges an Ladung zusammenkommen. Wiederholen wir erstmal, was hier alles „zusammengekommen“ ist: Elektrische Ladungen werden nicht aus dem Nichts erzeugt, sondern ergeben sich aus der Verteilung der Elektronen um die Atomkerne. Bei der Ladungstrennung werden die „negativ“ geladenen Elektronen angesammelt und lassen die „positiv“ geladenen Atomkerne zurück. Das kann durch Reibung geschehen, oder durch Influenz ganz ohne Berührung erreicht werden. Bei der Entladung werden die Elektronen „abgeleitet“ – es fließt Strom. Nur eine starke Entladung durch die Luft erzeugt einen Blitz. Und das nutzen wir, um neues Leben zu erschaffen! Denn das ist Physik.

4 Kommentare

4 Kommentare
  1. Hallo Annfrapla, vielen Dank für Ihren Kommentar. In der Tat wird der Begriff "Influenz" bevorzugt in Zusammenhang mit Leitern verwendet, aber das heißt nicht, dass es bei Nichtleitern keine Influenz gibt. Ich verstehe die Begrifflichkeiten so, dass die Influenz bei Nichtleitern eine Polarisation bewirkt. Die Ladungen bewegen sich in diesem Sinne sehr wohl – nicht "frei", aber "innerhalb der Atomhüllen". So wird es auch in Ihrer zweiten Quelle (und in mehreren anderen) beschrieben.

    Von Lukas Schwarz, vor 5 Tagen
  2. Cool

    Von Frederik, vor 6 Tagen
  3. "Unter Influenz, auch als Influenzwirkung oder elektrische Influenz bezeichnet, versteht man die Ladungstrennung innerhalb eines ungeladenen Leiters unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes." (aus https://www.chemie.de/lexikon/Influenz.html)
    Papier ist kein Leiter.
    Wie sollen sich IN einem Nichtleiter Ladungen bewegen, wo sie doch gar keine freien Ladungen haben.
    In einem Nichtleiter kommt es zur dielektrischen Polarisation. (siehe https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/ladungen-felder-mittelstufe/grundwissen/influenz-und-polarisation)

    Von Annfrapla, vor 6 Tagen
  4. Echt interessant Danke

    Von Louis, vor 19 Tagen
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