Ist es Ihnen schon einmal passiert, dass Sie beim Ausziehen eines Wollpullovers einen leichten Schock erlitten haben oder gesehen haben, wie Ihnen die Haare zu Berge standen? Oder dass Sie einen Funken spüren, wenn Sie über einen Teppich gehen und etwas Metallisches berühren?
Das alles hat mit einem faszinierenden Phänomen zu tun, das wir Elektrifizierung durch Reibung nennen. Obwohl es wie Magie erscheint, ist es tatsächlich Wissenschaft. Und wenn Sie es erst einmal verstanden haben, können Sie Ihre Freunde mit Ihrem Elektrowissen beeindrucken.
Lassen Sie uns zunächst über die Grundlagen sprechen: Atome
Um die Elektrifizierung zu verstehen, müssen wir zunächst wissen, wie Dinge hergestellt werden.
Alles um uns herum, auch wir selbst, besteht aus kleinen Teilchen, den sogenannten Atomen. Atome sind so winzig, dass man sie selbst mit dem stärksten Mikroskop nicht sehen kann, aber sie sind überall.
Ein Atom besteht aus drei Hauptteilen:
- Protonen, die eine positive Ladung (+) haben.
- Elektronen, die eine negative Ladung (-) haben.
- Neutronen, die keine Ladung haben; Sie sind neutral.
Normalerweise haben Atome die gleiche Anzahl an Protonen und Elektronen, was bedeutet, dass sie eine neutrale Ladung haben. Das heißt, sie sind nicht elektrisch geladen.
Was passiert, wenn wir zwei Gegenstände aneinander reiben?
Wenn wir zwei Materialien aneinander reiben, wie einen Ballon und einen Pullover, passiert etwas Interessantes mit den Elektronen. Elektronen „kleben“ nicht wie Zement an ihrem Atom; Sie können sich bewegen, insbesondere wenn sie auf anderes Material stoßen, das sie mehr anzieht.
Zum Beispiel:
- Wenn Sie einen Ballon an Ihrem Haar reiben, springen einige Elektronen aus dem Haar zum Ballon.
- Dadurch erhält der Ballon mehr Elektronen (negative Ladung) und Ihr Haar weniger Elektronen (positive Ladung).
Jetzt haben Sie zwei Dinge mit entgegengesetzten Ladungen. Der Ballon ist negativ geladen und Ihr Haar ist positiv geladen. Es ist dieser Elektronenaustausch, den wir Elektrifizierung durch Reibung nennen.
Was passiert mit diesen Gebühren?
Nachdem wir den Ballon und die Haare nun elektrisiert haben, wird es lustig.
Sie haben wahrscheinlich gehört, dass sich Gegensätze anziehen, oder? Das Gleiche passiert mit elektrischen Ladungen:
- Gegensätzliche Ladungen (positiv und negativ) ziehen sich an.
- Gleiche Ladungen (positiv und positiv oder negativ und negativ) stoßen sich gegenseitig ab.
Wenn Sie den geladenen Ballon näher an Ihr Haar bringen, scheinen die Strähnen dem Ballon nachzujagen. Das positiv geladene Haar versucht, näher an den negativ geladenen Ballon heranzukommen.
Beispiele für Elektrifizierung durch Reiben
Wo sonst können wir eine Elektrifizierung durch Reiben beobachten? Hier sind einige kuriose Beispiele, die Ihnen sicherlich schon passiert sind:
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Klebeballon
Nachdem Sie einen Ballon an Ihren Haaren oder einem Pullover gerieben haben, können Sie ihn an die Wand kleben. Warum passiert das? Die Wand ist neutral geladen, aber der negativ geladene Ballon „drückt“ die Elektronen von der Wand und hinterlässt eine leicht positive Ladung an der Oberfläche. Deshalb halten sie zusammen! -
Haare zu Berge
Wenn Sie eine Wollmütze abnehmen, werden durch die Reibung zwischen der Mütze und Ihren Haaren einige Elektronen übertragen. Dadurch hat jedes Haar die gleiche Ladung, und da sich gleiche Ladungen gegenseitig abstoßen, richtet sich Ihr Haar in alle Richtungen. -
Kleine Papierschnipsel anlocken
Wenn Sie einen Stift oder ein Plastiklineal an Ihrer Kleidung reiben, können Sie kleine Papierschnipsel anlocken. Dies geschieht, weil der Kunststoff elektrisch aufgeladen wird und die neutralen Partikel des Papiers anzieht. -
Funken auf dem Teppich
An trockenen Tagen kann es einen elektrisieren, wenn man mit Socken auf einem Teppich läuft. Wenn Sie etwas Metallisches berühren, beispielsweise einen Türgriff, entlädt sich die aufgebaute Ladung schnell und es entsteht ein Funke.
Warum passiert das im Winter häufiger?
Sicherlich ist Ihnen aufgefallen, dass diese Stromschläge und Auswirkungen bei Kälte, insbesondere im Winter, häufiger auftreten. Das liegt daran, dass kalte Luft trockener ist. Feuchtigkeit in der Luft trägt dazu bei, dass sich Ladungen schnell auflösen, aber in einer trockenen Umgebung sammeln sich Ladungen an und die Auswirkungen sind deutlicher sichtbar.
Materialien, die an der Elektrifizierung beteiligt sind
Nicht alle Materialien werden auf die gleiche Weise elektrifiziert. Bei einigen ist es wahrscheinlicher, dass sie Elektronen verlieren oder aufnehmen. Hier einige Beispiele:
- Materialien, die dazu neigen, Elektronen zu verlieren: menschliches Haar, Wolle, Glas.
- Materialien, die dazu neigen, Elektronen aufzunehmen: Kunststoff, Gummi, Seide.
Das heißt, wenn Sie einen Plastikkamm an Ihrem Haar reiben, nimmt der Kamm Elektronen auf (wird negativ geladen) und Ihr Haar verliert Elektronen (wird positiv geladen).
Und was ist mit Metallen?
Metalle sind Leiter, das heißt, sie ermöglichen den einfachen Durchgang von Elektronen. Daher elektrisieren sie sich durch Reibung nicht so stark. Anstatt Ladungen anzusammeln, entladen sie diese schnell auf den Boden oder ein anderes Objekt. Deshalb berühren wir etwas Metallisches und spüren einen Funken: Das Metall hilft, die Ladungen auszugleichen.
Experimente zum Selberprobieren
Der beste Weg, Naturwissenschaften zu lernen, ist durch Experimentieren! Hier sind einige Ideen, um mit der Elektrifizierung durch Reiben zu spielen:
- Ballon und Papiere
- Reiben Sie einen Ballon an Ihrem Haar oder einem Pullover.
- Halten Sie den Ballon nah an kleine Papierstücke und beobachten Sie, wie diese aufsteigen und am Ballon kleben bleiben.
- verrückte Haare
- Reiben Sie mit einem Plastikkamm über Ihr Haar.
- Bewegen Sie es (vorsichtig) nah an das Haar eines Freundes und prüfen Sie, ob die Strähnen in Richtung Kamm steigen.
- Kleben Sie einen Ballon an die Wand
- Laden Sie einen Ballon auf, indem Sie ihn mit einem Pullover oder Ihren Haaren reiben.
- Kleben Sie es an eine trockene Wand und sehen Sie, wie es dort bleibt.
- Teppichglanz
- Gehen Sie mit Woll- oder Baumwollsocken auf einem Teppich.
- Berühren Sie etwas Metallisches, etwa eine Tür oder einen Wasserhahn, und spüren Sie die Entladung.
Ist es gefährlich?
Mach dir keine Sorge! Die kleinen Entladungen, die wir spüren, wenn wir unter Strom stehen, sind nicht gefährlich.
Statische Elektrizität kann jedoch auch für schwerwiegendere Dinge verantwortlich sein. Beispielsweise kann an einer Tankstelle ein statischer Elektrizitätsfunke gefährlich sein, wenn Benzindämpfe vorhanden sind. Deshalb ist es wichtig, an solchen Orten die Sicherheitsregeln einzuhalten.
Die nützliche Seite der Elektrifizierung durch Reiben
Obwohl es manchmal wie eine einfache Kuriosität erscheinen mag, hat die Elektrifizierung durch Reiben praktische Anwendungen. Zum Beispiel:
- Elektrostatische Luftfilter: Verwenden Sie elektrische Ladungen, um Staubpartikel in der Luft einzufangen.
- Laserdrucker: Verwenden Sie elektrische Ladungen, um Toner vom Papier anzuziehen.
- Klebebänder: Manche nutzen statische Elektrizität, um die Haftung zu verbessern.