Physik Realschule Bayern › Elektrizitätslehre › Jahrgangsstufe 8
Elektrische Ladung und Elektrostatik
Physik · Realschule · Jahrgangsstufe 8 · Bayern · Teilbereich Elektrizitätslehre
Im Lernbereich Elektrizitätslehre der 8. Jahrgangsstufe erweitern Lernende das Teilchenmodell um elektrische Ladungen, beschreiben positive und negative Ladung, das elektrische Feld und die Influenz. Diese Grundlagen führen direkt zum Modell des elektrischen Stroms und zur Stromstärke.
Elektrische Ladung
Reibt man einen Luftballon an einem Pullover, zieht er danach Haare und kleine Papierschnipsel an. Beim Reiben wurde er elektrisch geladen. Verantwortlich dafür sind die Bausteine der Atome: Im Atomkern sitzen positiv geladene Teilchen, in der Hülle negativ geladene Elektronen.
Normalerweise sind gleich viele positive und negative Ladungen vorhanden, der Körper ist nach außen neutral. Beim Reiben wandern Elektronen vom einen auf den anderen Körper:
- Ein Körper mit Elektronenüberschuss ist negativ geladen.
- Ein Körper mit Elektronenmangel ist positiv geladen.
Es werden also nie Ladungen erzeugt, sondern nur Elektronen verschoben. Die elektrische Ladung hat das Formelzeichen \(Q\) und die Einheit Coulomb \((\mathrm{C})\).
Merke: Gleichartige Ladungen stoßen sich ab, ungleichartige ziehen sich an. Jede Ladung ist ein Vielfaches der kleinsten Ladung, der Elementarladung \(e\).
Beispiel 1: Der geriebene Luftballon
Ein Luftballon wird an Wolle gerieben und bleibt danach an der Zimmerdecke kleben. Was ist beim Reiben passiert, und warum hält er an der Decke?
Antwort: Beim Reiben sind Elektronen von der Wolle auf den Ballon gewandert; er ist negativ geladen. In der Decke schiebt er die Elektronen weg, sodass die Deckenoberfläche positiv wird (Influenz). Ungleiche Ladungen ziehen sich an, deshalb haftet der Ballon.
Beispiel 2: Ladung und Elementarladung
Ein geladener Körper trägt die Ladung \(Q=3{,}2\,\mathrm{nC}=3{,}2\cdot 10^{-9}\,\mathrm{C}\). Die Elementarladung beträgt \(e=1{,}6\cdot 10^{-19}\,\mathrm{C}\). Um wie viele Elektronen geht es?
Gegeben: \(Q=3{,}2\cdot 10^{-9}\,\mathrm{C}\), \(e=1{,}6\cdot 10^{-19}\,\mathrm{C}\)
Gesucht: Anzahl \(n\) der Elektronen
Formel: \(n=\frac{Q}{e}\)
\( n=\dfrac{3{,}2\cdot 10^{-9}\,\mathrm{C}}{1{,}6\cdot 10^{-19}\,\mathrm{C}}=2{,}0\cdot 10^{10} \)
Antwort: Es sind \(20\) Milliarden Elektronen. Schon winzige Ladungen bestehen aus unvorstellbar vielen Elementarladungen.
Das elektrische Feld
Den Raum um eine Ladung, in dem Kräfte auf andere Ladungen wirken, nennt man elektrisches Feld. Man stellt es mit Feldlinien dar: Sie beginnen an positiven und enden an negativen Ladungen; eine kleine positive Probeladung würde sich in ihrer Richtung bewegen.
Beispiel 3: Feldlinien zwischen zwei Ladungen
Zeichne das elektrische Feld zwischen einer positiven und einer negativen Ladung. Wohin würde sich eine kleine positive Probeladung bewegen?
Antwort: Die Feldlinien laufen von der positiven zur negativen Ladung. Eine positive Probeladung würde sich entlang einer Feldlinie von \(+\) nach \(-\) bewegen; eine negative in die Gegenrichtung.
Beispiel 4: Influenz an einem Leiter
Ein positiv geladener Stab wird neben eine ungeladene Metallkugel gehalten, ohne sie zu berühren. Was geschieht mit den Ladungen in der Kugel?
Antwort: Die frei beweglichen Elektronen in der Kugel werden vom positiven Stab angezogen und sammeln sich auf der nahen Seite; sie wird negativ, die ferne Seite positiv. Die Kugel bleibt insgesamt neutral. Diese Ladungsverschiebung heißt Influenz. Deshalb zieht ein geladener Körper auch ungeladene Gegenstände an.
Typische Fehler und Prüfungstipps
- Positive Ladung wandert: Beim Reiben bewegen sich nur die Elektronen. Elektronenmangel macht einen Körper positiv.
- Ladung wird erzeugt: Ladung entsteht nicht neu, sie wird nur verschoben. Insgesamt bleibt sie erhalten.
- Gleich und ungleich vertauscht: Gleichartige Ladungen stoßen sich ab, ungleichartige ziehen sich an.
- Feldlinienrichtung falsch: Elektrische Feldlinien zeigen von \(+\) nach \(-\).
- Influenz mit Aufladung verwechselt: Bei der Influenz wird der Körper nur umverteilt, er bekommt keine zusätzliche Ladung.
Üben: Aufgaben zur elektrischen Ladung
Der Aufgabengenerator erstellt Aufgaben zu Aufladung durch Reiben, zu Kräften zwischen Ladungen, zur Elementarladung und zur Influenz, mit Lösungsweg und als PDF druckbar.
Vorheriges Thema: Wärmetransport: Leitung, Strömung und Strahlung
Nächstes Thema: Stromstärke und Elementarladung
💡 Mehr auf lern.de
Entdecke weitere kostenlose Lernangebote für deine Schulart: