Einführung in die Elektrostatik

Überblick

• Start eines neuen Gebiets: Elektrostatik
• Ziel: Überblick über die experimentellen Fakten und eine zusammenhängende Beschreibung erzeugen

Historischer Hintergrund

• Erste Erfahrungen in der Antike (Griechenland) mit Bernstein (Elektron)
• Erzeugung elektrischer Phänomene durch Reibung von Bernstein

Erste Experimente

• Reiben eines PVC-Stabes zeigt Phänomene (Anziehung von Papierschnitzeln)

Übergang von Qualität zu Quantität

• Übergang von qualitativen zu quantitativen Beobachtungen
• Verwendung von Elektroskopen und Elektrometern
  • Fadenelektroskop: Bewegung eines Fadens bei Aufladung
  • Drehzeigerelektrometer: Anzeige von Ladungsmengen auf einer Skala

Arten von Ladungen

• Untersuchung, ob es eine oder zwei Arten von Ladungen gibt
• Experiment mit Glasstab und PVC-Stab: zeigt entgegengesetzte Effekte
• Festlegung durch Lichtenberg: Glasstab = positive Ladung
• Konsequenzen der Festlegung: Elektronen fließen gegen die technische Stromrichtung

Ladungstrennung

• Reiben eines Glasstabs mit Leder führt zur Ladungstrennung
• Experiment zeigt, dass positive und negative Ladung getrennt werden
• Ladung ist eine Erhaltungsgröße

Wechselwirkungen zwischen Ladungen

• Untersuchung der Kräfte zwischen gleichartig und unterschiedlich geladenen Körpern
• Holundermarkkugeln Experiment: Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab

Transport und Leitung von Ladungen

• Experiment mit Holzstab (trocken/nass) zeigt, dass nur leitende Materialien Ladungen transportieren können
• Beispiel: Aufladung eines Elektrometers mit Hochspannungsgerät

Coulomb'sches Gesetz

• Kraft zwischen Punktladungen hängt ab von:
  • Größe der Ladungen (Q1 und Q2)
  • Abstand (R²)
• Einführung der Proportionalitätskonstante Epsilon Null

Bedeutung der Ladungseinheit (Coulomb)

• Größeneinordnung: Wechselwirkungskräfte zwischen Ladungen
• Praktischer Nutzen und Bedeutung der Ladungseinheit im Alltag

Elementarladung

• Bestätigung durch Milliken und Ehrenhaft Experimente mit Öltröpfchen
• Feststellung der kleinstmöglichen Ladungseinheit (1.6 × 10⁻¹⁹ Coulomb)

Zusammenfassung und Ausblick

• Morgen quantitative und formale Zusammenfassung der experimentellen Erkenntnisse