Elektroskop
Schlagwörter: Elektroskop, Elektrostatik, Messen, Ladungen
Das Elektroskop ist ein Messgerät zum Nachweis elektrischer Ladungen. Das Elektroskop nutzt dabei die elektrostatischen Kräfte, die zwischen gleichen Ladungen wirken. Je größer die Ladung, desto größer der Ausschlag.
Aufbau
Das Elektroskop besteht im Wesentlichen aus einem elektrisch leitenden Träger (Gehäuse) und einem Zeiger. Beide sind miteinander leitend verbunden. Der Zeiger ist an seinem Drehpunkt mit dem Gehäuse leitend verbunden. (Ergänzungen s. Kasten)
Der Zeiger ist so angebracht, dass sein Schwerpunkt leicht unterhalb des Drehpunktes liegt. Dadurch wird der Zeiger, solange keine zusätzliche Kraft auf ihn wirkt, in der senkrechten Position gehalten.
Neben dem hier dargestellten Zeiger-Elektroskop, gibt es viele weitere Arten. Dazu bietet Wikipedia eine gute Übersicht. https://de.wikipedia.org/wiki/Elektroskop
Beobachtung:
- Wenn ein geladener Stab an das Elektroskop gehalten wird, dann schlägt der Zeiger aus. Wird der Stab wieder entfernt, dann bleibt der Zeigerausschlag erhalten.
- Wenn wir das Elektroskop berühren, dann geht der Zeigerausschlag zurück.
- Wenn ein geladener Stab dem Elektroskop genähert wird, ohne das der Stab das Elektroskop berührt, dann schlägt der Zeiger aus. Wird der Stab wieder entfernt, dann geht der Zeigerausschlag zurück.
- Beide Versuche funktionieren unabhängig davon, ob der Stab positiv oder negativ geladen ist.
Erklärungen
zu 1: Wenn ein geladener Stab an das Elektroskop gehalten wird, dann schlägt der Zeiger aus. Wird der Stab wieder entfernt, dann bleibt der Zeigerausschlag erhalten.
Der Stab ist positiv oder negativ geladen. Wird der Stab mit dem Elektroskop verbunden, dann kommt es zum Ladungsausgleich zwischen dem geladenen Stab und dem neutralen Elektroskop.
a) Stab positiv: Auf dem Stab besteht ein Elektronenmangel. Elektronen vom Elektroskop bewegen sich auf den Stab. Dadurch ist das Elektroskop positiv geladen. Da Zeiger und Gehäuse leitend verbunden sind, ist auch der Zeiger positiv geladen. Zeiger und Gehäuse stoßen sich gegenseitig ab.
b) Stab negativ: Auf dem Stab besteht ein Elektronenüberschuss. Elektronen vom Stab bewegen sich auf das Gehäuse. Dadurch ist das Elektroskop negativ geladen. Da Zeiger und Gehäuse leitend verbunden sind, ist auch der Zeiger negativ geladen. Zeiger und Gehäuse stoßen sich gegenseitig ab.
Je mehr Ladung sich auf dem Elektroskop befinden, desto größer der Zeigerausschlag.
zu 2. Wenn wir das Elektroskop berühren, dann geht der Zeigerausschlag zurück.
Wenn wir nicht auf einem isolierten Untergrund stehen, dann sind wir mit der Erde verbunden. Das bedeutet, dass Ladungen, die sich auf unserm Köper befinden, direkt mit der Erde ausgeglichen werden. Wir sind also elektrisch neutral. Wenn wir das Elektroskop berühren, dann wird auch das Elektroskop elektrisch neutral.
Zwischen Zeiger und Gehäuse wirken keine elektrostatischen Abstoßungskräfte mehr.
zu 3. Wenn ein geladener Stab dem Elektroskop genähert wird, ohne das der Stab das Elektroskop berührt, dann schlägt der Zeiger aus. Wird der Stab wieder entfernt, dann geht der Zeigerausschlag zurück.
Der Stab ist positiv oder negativ geladen. Wenn sich der geladene Stab dem Elektroskop annähert, dann verschieben sich die Ladungen im Elektroskop – Influenz.
Je stärker der Stab geladen ist, desto größer der Zeigerausschlag. Wenn der Stab wieder entfernt wird, dann lässt auch die Kraftwirkung zwischen den Ladungen des Stabes und dem Elektroskop nach. Der Zeigerausschlag geht zurück.
Bei diesem Experiment sind keine Ladungen auf das Elektroskop gelangt.
Für die Funktion eines Elektroskops ist es erforderlich, dass das Gehäuse elektrisch leitend ist. Der Zeiger ist häufig auch elektrisch leitend. Das ist aber nicht erforderlich. Es gibt auch Elektroskope, wie die Schülerbausätze von LD-didactic, bei denen als Zeiger ein Strohhalm verwendet wird. Hier fließen keine Ladungen auf oder vom Zeiger.