Hier geht es um klebriges Styropor, hüpfenden Pfeffer, springendes Öl und einen verbogenen Wasserstrahl. Dies sind alles tolle physikalische Experimente zum Thema Elektrostatik und Ladungstrennung, die man leicht zu Hause durchführen kann. Wenn man diese Experimente verstanden hat, weiß man im Prinzip, wie ein Blitz entsteht. Hinweis: Falls Elektrostatik-Versuche nicht funktionieren, kann dies daran liegen, dass die Luftfeuchtigkeit zu hoch ist. Perfekt geeignet für diese Art von Experimenten ist zum Beispiel trockene Heizungsluft im Winter.
Was wird gebraucht?
- Kunststofflineal
- Wollpullover
- Teil 1: Styroporkügelchen, die man aus Verpackungsmaterial oder aus Styroporteilen aus dem Bastelladen herausbricht
- Teil 2: etwas gemahlener Pfeffer
- Teil 3: ein paar Tropfen Öl
- Teil 4: ein dünner Wasserstrahl
Was ist zu tun?
Man reibt das Lineal an einem Wollpullover oder an den Haaren und hält es dann
1. an die Styroporkügelchen
2. über den gemahlenen Pfeffer
3. über das Öl
4. an einen dünnen Wasserstrahl
Was ist geschehen?
In Versuch 1, 2 und 3 fliegen Styroporkügelchen, Pfeffer und Öl dem Lineal entgegen und bleiben daran kleben. In Versuch 4 verbiegt sich der Wasserstrahl in Richtung Lineal.
Die Erklärung: Alle Körper bestehen aus Atomen, die wiederum aus einem Atomkern sowie einer Hülle aus Elektronen zusammengesetzt sind. Der Atomkern besitzt eine positive Ladung, während die Elektronen negativ geladen sind. Dabei gilt, dass ungleiche Ladungen sich anziehen.
Bei manchen Stoffen sind nun die Elektronen besonders stark an den Atomkern gebunden, wie etwa bei Gummi oder Kunststoff. Auch haben diese Stoffe die Eigenschaft, dass sie anderen gerne Elektronen klauen. Genau dies geschieht nun, wenn man das Lineal und die Wolle zusammenbringt: Elektronen wandern von der Wolle auf das Lineal. Man nennt diesen Vorgang Ladungstrennung. Die Reibung verstärkt den Effekt, da durch sie die Berührungsfläche zwischen den beiden Stoffen erhöht wird.
Schließlich ist das Lineal negativ geladen, da es einen Überschuss an negativ geladenen Elektronen besitzt; die Wolle ist dagegen positiv geladen, da sie Elektronen verloren hat. Folglich sind die Styroporkügelchen nun im Vergleich zum Lineal ebenfalls positiv geladen und werden damit vom Lineal angezogen. Reibt man übrigens Wolle an einem Glasstab, so ist die Wolle das Material, das Elektronen klaut, da seine Elektronen im Vergleich zu denen des Glases stärker an den Atomkern gebunden sind.
Dieses Phänomen im Alltag
Jeder hat durch eine elektrostatische Entladung schon mal ordentlich eine „gewischt“ bekommen. Auch hier ist Ladungstrennung im Spiel. Läuft man zum Beispiel mit Gummisohlen über einen Teppich, kann es sein, dass man auf eine Spannung von mehreren Tausend Volt aufgeladen wird. Diese entlädt sich dann in einem – für uns schmerzhaften – Funkenüberschlag, wenn wir eine Türklinke oder eine andere Person berühren. Eine Gefahr geht von einem solchen Miniblitz nicht aus. Zwar liegt eine hohe Spannung vor, aber der Strom, der während der Entladung fließt, tut dies nur für den Bruchteil einer Sekunde und die Stromstärke liegt im Milliampere-Bereich.
Kritisch wird das Ganze, wenn durch den Funken leicht entzündliche Stoffe in Brand gesetzt werden. Auch Elektronikbauteile wie bestimmte Halbleiter oder Kondensatoren sind in Gefahr, da sie bereits bei Spannungen von wenigen Volt zu Bruch gehen können. Allerdings hat die Ladungstrennung auch ihre nützlichen Seiten. Beim Autolackieren wird zum Beispiel mitunter die fein zerstäubte Farbe positiv und die Karosserie negativ aufgeladen, sodass sich die Farbtröpfchen gleichmäßig auf der Karosserie verteilen.
Bei Blitzen handelt es sich um nichts anderes als eine elektrische Entladung. Dies konnte Benjamin Franklin (1706–1790) nachweisen. Die Ladungstrennung tritt dabei zwischen Wassertröpfchen und Eiskristallen auf, die sich gegeneinander bewegen.
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Quelle/n:
Gardner, Martin (1981): Entertaining Science Experiments with Everyday Objects. New York, Dover Publications, S. 89
