Überblick über wichtige Themen der Elektrik

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1 Überblick über wichtige Themen der Elektrik
Elektrische Energie läßt sich mit Fotovoltaikanlagen aus Sonnenenergie gewinnen. Elektrizität wird wegen ihrer Wärmewirkung zum Kochen und Braten genutzt. Elektromotoren nutzen die magnetische Wirkung der Elektrizität. Für die Umwandlung von mechanischer Bewegungsenergie in elektrische Energie sorgen Generatoren.

2 Reibungselektrizität
Ladungen können leicht getrennt werden, in dem ein Kunststoffstab mit einem Fell gerieben wird Als Nachweis der elektrischen Ladung auf dem Stab dienen Papierschnipsel, die angezogen werden. Die Ladung eines Kunststoffstabes, der zuvor mit einem Fell gerieben wurde, kann auch einen Wasserstrahl ablenken

3 Kraftwirkung zwischen Ladungen
Gleich aufgeladene Gegenstände stoßen sich ab; entgegengesetzt geladene Gegenstände ziehen sich an.

4 Elektrizität in Atomen
Elektrische Ladung tritt immer in Verbindung mit Masse auf. Das Atom besteht aus der Elektronenhülle (10-10m) und dem Atomkern (10-15m). Größenvergleich: Fußballfeld und Stecknadelkopf! Der Atomkern enthält A Nukleonen, die sich aus Z Protonen und N Neutronen zusammensetzen. Der Atomkern hat eine positive (+) Ladung (Z*e) Das Elektron hat eine negative (-) Ladung (e). Das Metall Beryllium hat die Kernladungszahl 4 und auch 4 Elektronen in der Hülle damit das Atom elektrisch neutral ist.

5 Elektrizität in Atomen
Alle Elemente des Periodensystems sind Atome; die Kernladungszahl ist gleich der Periodenzahl. Elemente mit größerer Periodenzahl sind größer, weil sich in ihrer Hülle mehr Elektronen befinden.

6 Leiter und Nichtleiter
In elektrischen Leitern sind die Elektronen (fast) frei beweglich. alle Metalle wie Ci, Fe, Al, Au und Metalllegierungen. In Nichtleitern sind die Elektronen fest an die Atome gebunden. Keramiken, Bernstein, Plexiglas, Katzenfell, Papier.

7 Reibungselektrizität
Durch enge Berührung (Reibung) von zwei Nichtleitern werden Elektronen von den Atomen des einen gelöst und haften, weil energetisch günstiger, an Plätzen zwischen Atomen des anderen Plexiglas, Baumwolle positive (+) Ladung Katzenfell negative (-) Ladung

8 Aufladen und Entladen Wird ein Kunststoffstab mit einem Fell gerieben, dann wechseln viele Elektronen auf den Stab und das Fell wird positiv geladen. Beim Laden eines Ballons mit einer metallischen Oberfläche verteilen sich die Elektronen gleichmäßig (Sie stoßen sich gegenseitig ab) Beim positiven Aufladen springen Elektronen vom Ballon auf den positiv geladenen Stab und hinterlassen am Ballon Elektronenmangel (positive Ladung)

9 Bandgenerator Die gelbe Kunststoffwalze reibt mit dem roten Gummiband. Dabei lädt sich die Kunststoffwalze positiv, die Innenseite des Gummibandes negativ auf. Die negativen Ladungen auf der Innenseite des rechten Bandes fließen über die untere Metallwalze zur Erde ab. Die auf die Außenseite des nach oben laufenden linken Bandes aufgesprühten positiven Ladungen bewirken am oberen Kamm durch Influenz eine Ansammlung von negativen Ladungen, die auf die Außenseite des Bandes sprühen und dieses außen neutralisieren. Zum Ladungsausgleich sammeln sich auf der Haube des Bandgenerators positive Ladungen an. Die Aufladung der Haube ist deshalb besonders stark, da vom Inneren der Haube (faradayscher Käfig) beliebig viel Ladungen auf diese übertragen werden können (feldfreien Raum).

10 Van de Graaff Generator
Entstehung eines Gewitters: Mit einem Bandgenerator werden Ladungen getrennt. Von dort springen Blitze auf ein geerdetes Hausdach über da die Aufladung des Bandgenerators wegen der endlichen Durchschlags-festigkeit der Luft begrenzt ist. Bandgenerator: Die Ladungen stoßen sich gegenseitig ab und verteilen sich gleichmäßig in der obersten Metallschicht. Es entsteht viel Platz für weitere Ladungen, die vom Transportband abgestreift werden.

11 Messung von Ladung Elektroskop: Die Ladungen verteilen sich über den Stab und den Zeiger. Die abstoßenden Kräfte bewirken einen einen umso größeren Ausschlag, je größer die Ladungsmenge ist. Mit einem Elektroskop kann man keinen Zahlenwert und kein Vorzeichen für die Ladung bestimmen. Heute gibt es Ladungsmeßgeräte, die eine Anzeige in Coulomb beinhalten.