Elektrizität - Physik.

« Entfernen sich die Ladungen voneinander, wird die Kraft, die zwischen ihnen wirkt, sehr schnell kleiner.

Zudem neutralisieren sich entgegengesetzte Ladungen.

Dies führtdazu, dass elektrische Wechselwirkungen – anders als die Massenanziehung der Gravitation – nicht ständig zu erfahren ist.

Geladene Körper werden entweder durchBerührung mit anderen geladenen Körpern oder durch „Abstreifen” von Ladungen erzeugt – Physiker sprechen von einem Ladungstransport. 3 ELEKTRISCHES FELD Elektrische FeldlinienLinks: Gleiche (positive) Ladungen stoßen sich gegenseitig ab.

Rechts: Ungleiche Ladungen ziehen sich an.© Microsoft Corporation.

Alle Rechte vorbehalten. Die elektrische Kraft hat der britische Physiker Michael Faraday im frühen 19.

Jahrhundert mit so genannten Feldlinien gedeutet und damit den Begriff des elektrischenFeldes eingeführt.

Diese Feldlinien muss man sich rein gedanklich vorstellen; sie sind nicht materieller Natur.

In der Sprache des elektrischen Feldes erzeugt ein geladenerKörper ein elektrisches Feld (sein Coulombfeld), und dieses Feld übt eine Kraft auf einen anderen geladenen Körper aus.

Letzterer hat aber auch sein Coulombfeld und wirktentsprechend auf den ersten Körper.

Elektrische Felder können nur durch ihre Wirkung auf geladene Materie gemessen werden.

Da aber jede Ladung selbst ein Feld besitzt,wird das zu messende Feld durch die Ladungen, auf die es wirken soll verändert.

Elektrische Felder addieren sich in ihrer Stärke, wobei das Feldlinienbild kompliziert wird.Daher achten Forscher bei ihren Experimenten darauf, dass die verwendeten Probeladungen, mit denen sie elektrische Felder untersuchen, möglichst klein sind. Bringt man Materie in das Feld zweier unterschiedlich geladener Körper (z.

B.

eines Plattenkondensators), dann ergibt sich in der Materie eine Ausrichtung der Atome inForm von Dipolen: Die positiv geladenen Atomkerne und die negativ geladenen Elektronen bevorzugen eine Stellung, in der der Atomkern dem negativ geladenen Körpernäher kommt, während die Elektronen die Nähe des positiv geladenen Körpers bevorzugen.

(Eine derartige Konstellation von Ladungen nennt man Dipol.) Der dahinterstehende physikalische Effekt wird als Polarisation und die polarisierte Materie als Dielektrikum bezeichnet.

Befinden sich in einem Material frei bewegliche Ladungsträger,wie es bei so genannten Leitern (z.

B.

Kupfer) der Fall ist, werden diese Ladungen durch ein elektrisches Feld getrennt.

Dieser Vorgang wird in der Physik als Influenzbezeichnet.

Durch Influenz lassen sich mit geladenen Körpern ohne Berührung geladene Körper herstellen, indem man die durch Influenz entstandene Ladungstrennung ineinem Stück Materie (z.

B.

zwei zusammengehaltene Metallplatten) durch eine nachträgliche mechanische Trennung der Materie sichert.

Die Platten werden hierzu im Feldvoneinander getrennt, so dass die Platte, die dem positiv geladenen Körper am nächsten war, einen Elektronenüberschuss aufweist, also negativ geladen ist.

Die anderePlatte ist dann positiv geladen.

Ebenso beruht die Wirkung eines Faraday’schen Käfigs auf dem Phänomen der Influenz.

Sie bewirkt, dass das Innere eines von einemLeitermantel umgebenen Hohlraumes feldfrei bleibt.

Aus diesem Grund ist man bei Gewitter bestens in einem Auto aufgehoben. 4 ELEKTRISCHE SPANNUNG Um einen geladenen Körper von einem Punkt im Feld zu einem anderen Punkt zu bewegen, muss Arbeit verrichtet werden.

Die dazu benötigte Energiemenge wird alsPotentialdifferenz zwischen diesen beiden Punkten bezeichnet.

Diese Differenz, geteilt durch den Wert der transportierten Ladung, ergibt die elektrische Spannung U, üblicherweise in Volt angegeben ( siehe unten Geschichte).

Die Erde stellt praktisch einen enorm großen Leiter dar, wobei ein Zufluss von Ladungen auf ihr nicht spürbar ist. Sie wird allgemein als das Bezugsniveau null für potentielle Energie verwendet.

So gibt man das Potential eines positiv geladenen Körpers als eine bestimmte Anzahl vonVolt gegenüber dem Potential der Erde und das Potential eines negativ geladenen Körpers als eine entsprechende Voltanzahl unterhalb des Erdpotentials an. 5 ELEKTRISCHER STROM UND WIDERSTAND BlitzeBlitze entstehen durch Stoßentladungen zwischen verschieden geladenen Wolken oder zwischen Wolken und der Erde.

Die dabeientstehende Hitze kann in Einzelfällen Temperaturen bis zu 30 000 °C erreichen, sechsmal so hoch wie auf der Sonnenoberfläche.

ProMinute zucken etwa 6 000 Blitze durch die Atmosphäre der Erde, zumeist in den Tropen.Keith Kent/Science Source/Photo Researchers, Inc. Elektrizität lässt sich besonders deutlich bei Entladungsprozessen beobachten.

Diese kommen vor allem dann zustande, wenn sich zwischen zwei ungleich geladenenKörpern ein so starkes elektrisches Feld bildet, das schließlich einen schnellen Ladungsausgleich hervorruft.

Den Ausgleich können z.

B.

zwischen den geladenen Körpernbefindliche Luftmoleküle auslösen, die zum Teil ionisiert sind – beispielsweise durch Stöße untereinander.

Diese Ionen werden im elektrischen Feld durch die Coulombkraftbeschleunigt, stoßen mit großer Energie auf andere Luftmoleküle und ionisieren diese ihrerseits.

Dieser lawinenartig ablaufende Vorgang entspricht beispielsweise demBlitzschlag bei einem Gewitter.

Der Vorgang lässt sich aber auch bei einem elektrischen Funkenschlag nach einem Gang über einen Kunststoffteppich an der Türklinkeerfahren.

Leuchtstoffröhren ( siehe Neonröhre) arbeiten ebenfalls nach diesem Prinzip der Entladung durch Gasionen ( siehe Gasentladung). Der Ausgleich von Ladungsunterschieden ist mit einem Ladungstransport verbunden, dem elektrischen Strom.

Elektrischer Strom ist per Definition die Anzahl von Ladungen,die pro Zeiteinheit durch einen Leiterquerschnitt fließen und wird in Ampere gemessen.

Die potentielle Energie zwischen zwei unterschiedlich geladenen Körpern (so. »