Versuch mit einem Elektroskop um elektrische Ladung nachzuweisen
Menschen können elektrische Ladungen nicht direkt sehen. Sie können jedoch die Auswirkungen der Kräfte wahrnehmen, die von elektrischen Ladungen ausgehen. Es gibt Geräte, mit denen die Auswirkungen durch die Kräfte sichtbar werden, um elektrische Ladungen nachweisen zu können. Ein solches Gerät ist das Elektroskop.
Der Grundaufbau eines Elektroskops ist wie folgt:
- Es besitzt einen Ständer.
- Über dem Ständer befindet sich ein Gehäuse. Es ist meistens aus Metall, es kann aber auch aus einem anderen Material sein. Für die Funktionsfähigkeit des Elektroskops spielt das keine Rolle. Auch die Form des Gehäuses ist unerheblich. Meistens ist es jedoch kugelförmig.
- Es hat einen festen Träger, aus leitendem Material, z.B. Metall.
- Zwischen dem Träger und dem Gehäuse befindet sich eine Kunststoffisolation, damit das Gehäuse den Träger nicht berührt. So wird verhindert, dass elektrische Ladungen des Gehäuses auf den Träger übergehen.
- Am Träger ist ein beweglicher Zeiger befestigt, der ebenfalls aus leitendem Material ist.
- Am oberen Ende befindet sich der Kopf des Trägers.
Funktionsweise des Elektroskops
Die Funktionsweise eines Elektroskops ist einfach und genial zugleich. Der Zeiger ist so ausbalanciert, dass er im neutralen Zustand nach unten zeigt. Das erreicht man dadurch, indem man den Zeiger nicht exakt mittig befestigt, sondern so, dass das untere Ende etwas länger ist als das obere Ende. Berührt man den Träger mit einem ungeladenen Stab, passiert nichts. Der Zeiger zeigt nach wie vor nach unten. Berührt man den Träger mit einem negativ geladenen Stab, schlägt der Zeiger aus.
Der Zeiger schlägt deshalb aus, weil die negativ geladenen Elektronen vom Stab auf den Träger und Zeiger übergehen. Beide Elemente, Träger und Zeiger, sind somit negativ geladen. Gleich geladene Körper stoßen sich ab. Der Träger ist unbeweglich und kann sich daher nicht abstoßen. Der Zeiger ist jedoch beweglich und schlägt aus. Berührt man den geladenen Stab mit dem Träger und entfernt danach den geladenen Stab, bleibt der Zeiger ausgeschlagen, weil die Elektronen auf den Träger und Zeiger übergehen und verbleiben. Wird der geladene Stab jedoch lediglich dem Trägerkopf genähert und berührt diesen nicht, bewegt sich der Zeiger und geht wieder in den Ursprungszustand zurück, wenn man den geladenen Stab wieder entfernt, weil die Elektronen nicht auf den Träger und Zeiger übergehen können.
Verschiedene Arten von Elektroskopen
Diese Art von Elektroskopen werden auch Zeigerelektroskopen genannt. Da der Ausschlag umso größer ist, je größer die Ladung ist, kann man an so einem Zeigerelektroskop auch eine Skala anbringen und die elektrische Ladung messen. Es gibt noch weitere Arten von Elektroskopen, z.B. Folienelektroskope, die auch Blättchenelektroskope genannt werden. Dabei wird der Zeiger durch eine Folie aus Gold, Aluminium oder Kupfer ersetzt. Die Folienhälften berühren sich dabei nicht und haben einen Mindestabstand, damit sie nicht aneinander heften. Berührt man den Trägerkopf mit einem geladenem Stab, spreizen sich die Folienhälften aus.
Außer den genannten existieren noch weitere verschiedene Elektroskopen, z.B. Flatterblattelektroskop, Kapillarelektroskop, Fadenelektroskop, Doppelzeiger-Elektroskop.