Statische Elektrizität
Beschreibung Statische Elektrizität
Wenn du etwas anfasst, bekommst du ab und an einen elektrischen Schlag. Wie kann das sein, wenn man doch kein elektrisches Kabel in der Hand hält? Die Ursache liegt in der Elektrostatik. Im Gegensatz zum elektrischen Strom sammelt sich die Elektrostatik in Isolatoren und fließt dann bei der Entladung ab. Die Ladung entsteht, wenn zweier Isolatoren aneinander reiben. Einer lädt sich dann positiv auf und der andere negativ. Welche besondere Rolle dies beim Abseilen aus einem Helikopter spielt, zeigt dir dieses Video.
Transkript Statische Elektrizität
Elektrische Schläge und abstehende Haare – die statische Elektrizität ist ein merkwürdiges Phänomen. Statische Elektrizität ist eine Ansammlung elektrischer Ladungen an Gegenständen, die häufig durch Reibung verursacht wird. Anders als die fließende Elektrizität, die wir im Haushalt nutzen, entsteht die statische Elektrizität in Isolatoren, also Materialien, die elektrische Ladungen nicht weiterleiten. Berührt man einen Isolator mit einem elektrischen Leiter, dann wird die Ladung neutralisiert. Der leichte elektrische Schlag, den wir manchmal spüren, wird durch die Neutralisation von Ladungen verursacht. Wenn sich aber größere Ladungsmengen ansammeln, kann die statische Elektrizität genauso gefährlich sein wie der elektrische Strom. Sie führt zu einem unsichtbaren Risiko für Rettungshubschrauber. Wenn sich die Rotorblätter drehen, reiben sie an mikroskopisch kleinen Staubpartikeln in der Luft. Die Staubpartikel werden aufgeladen und auf den Rotorblättern sammeln sich Elektronen an. Sie werden negativ aufgeladen. Da der Hubschrauber durch die Umgebungsluft elektrisch isoliert ist, kann sich eine negative Ladung ansammeln. Das wird aber erst gefährlich, wenn sich Helfer vom Hubschrauber zu einer Unfallstelle abseilen. Berühren ihre Füße den Boden, wird die Ladung neutralisiert. Wenn die aufgestaute Ladungsmenge sehr groß ist, kann dies einen lebensgefährlichen Schock bewirken. Aber man kann dies verhindern. Wir verwenden ein Antistatik-Band. Das ist ein etwa drei Meter langer Draht, der zu dreiviertel isoliert ist und wie eine elektrische Leitung an der Seilwinde befestigt wird. Der Windenführer packt das Antistatik-Band am isolierten Teil und berührt mit dem elektrisch leitenden Ende den Boden, bevor er selbst Bodenkontakt bekommt. So kann die statische Elektrizität des Hubschraubers über das Antistatik-Band abfließen und keinen Schaden mehr anrichten. Dadurch ist das Rettungsteam vor dieser Gefahr geschützt und kann sich auf die Rettungsmission konzentrieren. Aber statische Elektrizität ist nicht immer so gefährlich. Meist führt sie zu harmlosen elektrischen Schlägen oder lässt die Haare abstehen.
Statische Elektrizität Übung
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Vervollständige den Text über statische Elektrizität.
TippsDie Ladungsmenge ist entscheidend. Sie wird immer neutralisiert und ist bei kleinen Mengen nicht gefährlich.
LösungBei der statischen Elektrizität sammeln sich, ähnlich wie bei der fließenden Elektrizität, Ladungen an. Sie sammeln sich in Isolatoren, also Materialien, die keinen Strom leiten. Berührt man jedoch mit einem elektrischen Leiter einen Isolator, so kann die angesammelte Ladung fließen. Hierbei wird sie neutralisiert. Das spüren wir manchmal als Schlag, wenn wir einen Gegenstand berühren. Dies ist für uns bei kleinen Ladungsmengen nicht so gefährlich, wie bei großen Ladungsmengen.
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Nenne die Eigenschaften der statischen Elektrizität.
TippsFließende Elektrizität entsteht nicht an Isolatoren.
Elektrische Ladungen, die von den Rotorblättern aus der Luft gesammelt werden, sind negativ.
LösungStatische Elektrizität ist eine Ansammlung von Ladungen an Gegenständen. Diese werden z. B. durch Reibung verursacht. Bei statischer Elektrizität entstehen diese Ladungen an sogenannten Isolatoren. Ein Isolator ist ein Material, das elektrische Ladungen normalerweise nicht weitergibt. Berührt man mit einem Leiter einen Isolator, werden die Ladungen neutralisiert. Bei einem fliegenden Helikopter, dessen Rotorblätter negativ geladene Elektronen aus der Luft sammeln, dienen der Helikopter und das Band zum Abseilen des Piloten als Leiter. Damit der Retter keinen gefährlichen Schlag bekommt, weil er das leitende Band anfasst, muss es isoliert werden.
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Erkläre das Experiment zur Ladungsverteilung.
TippsDie Aluminiumkugel ist zunächst elektrisch neutral. Sie nimmt die Ladung auf, auf die sie zuerst trifft.
Ungleichnamige Ladungen ziehen sich an.
LösungDie Aluminiumkugel hängt in der Mitte zweier Platten an einer Schnur in der Luft. Sie ist elektrisch neutral. Erst wenn sie in Kontakt mit einer der Platten kommt, ändert sie ihre Ladungsmenge. Wird die Kugel angestoßen und trifft auf die linke Platte mit dem Elektronenüberschuss, nimmt die Kugel das Mehr an Elektronen auf. Nun wird sie von der rechten Platte, welche positiv geladen ist, angezogen, da ungleichnamige Ladungen sich anziehen. Dort gibt sie Elektronen ab. Somit herrscht auf der Oberfläche der Kugel Elektronenmangel (sie ist jetzt positiv geladen). Nun wird sie wieder von der negativ geladenen Platte angezogen. Dieser Vorgang wiederholt sich von alleine.
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Erschließe die Größen in der Formel $Q=n\cdot e$.
TippsDie Formel drückt aus, dass das Produkt aus der Anzahl der Teilchen und der kleinsten frei existierenden elektrischen Ladungsmenge gleich der elektrischen Ladung ist.
Die Elementarladung ist die Ladung eines kleinsten frei existierenden Teilchens.
LösungIm Video hast du Bilder von abstehenden Haaren oder auch kleiner elektrischer Schläge gesehen. Die elektrische Ladung, die hierbei übertragen wird, kann man auch berechnen.
Dazu nimmt man die Formel: $Q=n \cdot e$.
Hierbei ist $Q$ die elektrische Ladung. Sie setzt sich aus der Anzahl der Teilchen $n$ (in diesem Fall Elektronen), die bewegt werden, sowie der Elementarladung $e$ zusammen.
Hierbei gilt, dass die Elemetarladung die kleinste Ladungsmenge ist. Sie trägt die Ladung $1,6022\cdot{10^{-19}}\text{ C} $. Die Elektrizitätsmengen werden in der SI-Einheit $\text{C}$ (Coulomb) gemessen.
Eine Ladung von $1\text{ C}$ beinhaltet $6,241\cdot{10^{18}}$ Elementarladungen.
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Gib Beispiele für statische und fließende Elektrizität an.
TippsBei statischer Elektrizität handelt es sich um elektrische Leitungsvorgänge, die keinen elektrischen Leiter benötigen.
Bei fließender Elektrizität wird ein stromführender Leiter gebraucht.
LösungMan unterscheidet zwischen statischer und fließender Elektrizität. Statische Elektrizität ist ein Phänomen, das aus Ansammlungen von Ladungen an Gegenständen resultiert. Bei fließender Elektrizität werden die Ladungen mit Hilfe eines Leiters bewegt. Somit ist z. B. ein Gewitter, die abstehenden Haare, der geriebene Ballon oder auch das Berühren Anderer ein Phänomen der Elektrostatik. Hierfür wird kein Leiter benötig. Alle anderen Bilder, wie die Batterie, die Lampe, der Föhn oder auch die Steckdose benötigen einen Anschluss an eine Stromquelle.
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Ermittle die gesuchte Anzahl der Elektronen.
TippsDie Formel lautet:
- $Q= n\cdot e$.
Stelle die Formel aus Tipp 1 nach der Anzahl der Teilchen um.
Potenzen mit gleicher Basis werden dividiert, indem man ihre Exponenten subtrahiert. Der Bestandteil „Milli“ der Einheit $\text{mC}$ steht dabei für $10^{-3}$.
Zehnerpotenzen werden dividiert, indem man ihre Exponenten subtrahiert. Achte dabei auf die Vorzeichen der Exponenten.
LösungFolgende Größen sind uns bekannt:
$Q=1,2\ \text{mC}$
$e \approx 1,6022\cdot {10^{-19}}\ \text{C}$Wir benötigen die Formel $Q= n\cdot e$.
Dabei ist $Q$ die elektrische Ladung, $n$ die Anzahl der Teilchen und $e$ die Elementarladung. Wir stellen die Formel nach der Anzahl der Teilchen um, setzen die Größen ein und rechnen:
$n= \frac{Q}{e}=\frac{1,2\ \text{mC}}{1,6022\cdot {10^{-19}}\text{C}}=\frac{1,2\cdot 10^{-3} \text{C}}{1,6022\cdot {10^{-19}}\text{C}} \approx 0,75\cdot 10^{16}=7,5\cdot 10^{15}$
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6 Kommentare
Gut ❤️🩹
Gut
Sehr gut erklärt und ich fand es Lustig wie dieses Mädchen ihre Haare wegen der Elektronik schweben lassen hat
Gut
Hallo St Von Malottki, kannst du genauer sagen, was dir an diesem Video nicht gefallen hat? Wurde beispielsweise etwas deiner Ansicht nach nicht ausführlich genug erklärt? Wir freuen uns immer über Verbesserungsvorschläge.
Liebe Grüße aus der Redaktion