Elektrotechnik Grundlagen

Elektroskop

Mit einem Elektroskop kannst du elektrische Ladung nachweisen. In diesem Beitrag erfährst du, wie ein Elektroskop aufgebaut ist und wie es funktioniert.

Du möchtest lieber ein Video sehen, statt einen Beitrag zu lesen? Perfekt! Wir haben auch zum Elektroskop ein animiertes Video%verlinken, das du dir gerne ansehen kannst.

Inhaltsübersicht

Elektroskop einfach erklärt

Wenn dich jemand danach fragt, was ein Elektroskop ist, dann kannst du ihm die folgende Antwort geben:

Ein Elektroskop ist eine Apparatur, mit der du elektrische Ladung nachweisen kannst.

Jetzt könnte dich dieser jemand fragen, was denn genau elektrische Ladung ist und wie ein Elektroskop diese nachweisen kann. Die erste Frage ist schwierig zu beantworten. Eine mögliche (nicht ganz korrekte) Antwort darauf wäre:

Besitzt „etwas“ elektrische Ladung, so reagiert es auf ein elektrisches Feld . Es gibt positive und negative elektrische Ladung.

Auf die Frage nach der Funktionsweise eines Elektroskops, kannst du folgende Antwort geben:

Ein Elektroskop nutzt die Tatsache aus, dass sich Ladungen mit gleichem Vorzeichen abstoßen.

Ein Elektroskop muss also irgendwie dafür sorgen, dass zwei Objekte elektrische Ladung mit gleichem Vorzeichen erhalten. Eine Möglichkeit ist die Influenz. Und was ist nun die Influenz? Das erfährst du in den folgenden Abschnitten.

Elektroskop Aufbau

Bevor wir uns anschauen, wie die Influenz funktioniert, zeigen wir dir zunächst wie ein Elektroskop aufgebaut ist.

Das Elektroskop, das wir betrachten werden, besteht aus zwei Goldblättchen, die sich innerhalb eines Gehäuses befinden. Die Goldblättchen haben keinen Kontakt zum Gehäuse. Sie hängen über einen Metallstab in der Mitte des Gehäuses. Ein Isolator sorgt dafür, dass der Metallstab (und somit auch die beiden Goldblättchen) vom Gehäuse isoliert ist. In diesem Aufbau sind beide Goldblättchen beweglich. In einem dazu sehr ähnlichen Aufbau ist nur ein Metallzeiger beweglich, der ebenfalls über einen Metallstab mit der „Welt“ außerhalb des Gehäuses verbunden ist. Für diesen Aufbau findest du auch die Bezeichnung Zeigerelektroskop. Besitzt der Aufbau zusätzlich noch eine kalibrierte Skala, dann heißt die gesamte Apparatur Elektrometer.

% Abbildung 3 aus Videoskript einfügen.

Wie funktioniert ein Elektroskop?

Nun kennst du den Aufbau. Aber, wie genau funktioniert denn ein Elektroskop? Hierzu benötigen wir zwei Zutaten: Die Influenz und die Abstoßung gleichnamiger Ladungen. Beide Zutaten behandeln wir in diesem Abschnitt.

Influenz

Um die Influenz zu erklären, nimm doch mal an, dass du zwei Metallstäbe vor dir liegen hast. Einer der beiden Stäbe ist ungeladen, während der andere eine positive Ladung trägt. Du nimmst jetzt den positiv geladenen Metallstab in die Hand. Was passiert, wenn du dich mit diesem geladenen Stab den ungeladenen Metallstab näherst, ohne ihn zu berühren? Die positiven Ladungsträger im geladenen Stab ziehen die negativen Ladungsträger an und stoßen die positiven Ladungsträger im ungeladenen Stab ab. Da sich die beiden Metallstäbe nicht berühren, können keine negativen Ladungsträger vom ungeladenen zum geladenen Stab „hinüberspringen“. Das bedeutet, dass zwar das rechte Ende vom ungeladenen Stab positiv und das linke Ende negativ geladen ist, aber insgesamt bleibt der Metallstab ungeladen. Diese Art der Ladungsverschiebung heißt Influenz.

% Abbildung 4 aus Videoskript einfügen.

Coulombsches Gesetz

An dieser Stelle fehlt nur noch die Antwort auf die Frage, wieso sich gleichnamige Ladungen abstoßen, und wie diese beiden Zutaten (Influenz und Abstoßung) die Funktionsweise eines Elektroskops erklären. 

Dass sich gleichnamige Ladungen abstoßen, war eine experimentelle Beobachtung. Charles Augustin de Coulomb hat durch Experimente an einer Drehwaage eine mathematische Beziehung für die Kraft zwischen zwei Ladungen in einem bestimmten Abstand ableiten können. Diese mathematische Beziehung heißt Coulombsches Gesetz (die Kraft heißt Coulombsche Kraft). Wie genau dieses Gesetz nun aussieht, spielt für diesen Artikel keine Rolle. Wichtig ist nur, dass sich gleichnamige Ladungen abstoßen.

% Abbildung 2 aus Videoskript einfügen.

Funktionsweise

Wir haben alle Zutaten zusammen. Schauen wir uns jetzt an, wie diese die Funktionsweise des Elektroskops erklären. Die zwei Goldblättchen sind über ein Metallstab mit der „Außenwelt“ verbunden. Zu Beginn sind sie ungeladen und hängen vertikal nach unten.

Nun nimmst du ein Objekt zur Hand, das du auf elektrische Ladung untersuchen möchtest. Nehmen wir an, dass das Objekt elektrisch geladen ist. Du beginnst es in die Nähe des Metallstabes zu führen. Dadurch kommt es innerhalb des Metallstabes zu einer Ladungsverschiebung. Diese Influenz bewirkt, dass die beiden Goldplättchen eine Ladung mit gleichem Vorzeichen besitzen. Damit kommt es zur Abstoßung der beiden Plättchen und du hast erfolgreich die elektrische Ladung nachgewiesen. Beachte aber, dass du somit nur weißt, dass das Objekt elektrisch geladen ist. Du kannst aber keine Aussage darüber treffen, ob es nun positiv oder negativ geladen ist.

% Abbildung 5 aus Videoskript einfügen.

Vielleicht fragst du dich nun, wie du bestimmen kannst, ob ein Objekt positiv oder negativ geladen ist. Dazu lädst du das Elektroskop durch Kontakt beispielsweise negativ auf, wodurch sich die Goldplättchen etwas abstoßen. Wenn du jetzt das Objekt in die Nähe des Metallstabs bringst und sich die Goldblättchen stärker abstoßen, dann weißt du, dass das Objekt negativ geladen ist. Ist die Abstoßung hingegen geringer, dann ist das Objekt positiv geladen.

% Abbildung 6 aus Videoskript einfügen.

Bauformen von Elektroskopen

Neben dem Elektroskop mit Goldblättchen gibt es eine Vielzahl verschiedener Bauformen. Dazu zählen unter anderem das Zeigerelektroskop, das Doppelzeiger-Elektroskop, das Folien-Elektroskop, das Faden-Elektrometer und das Kapillarelektrometer. Auch wenn die Bauformen alle unterschiedlich klingen, so sind die Grundprinzipien hinter ihren Funktionsweisen ähnlich zu denen, die wir dir in diesem Artikel erklärt haben.


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