Nichtleitende Körper & ihre Ladungen?
Hey Community,
Zwei nichtleitende Körper können durch Kontakt/ Reibung aufgeladen werden.
Jedoch verstehe ich nicht wie das funktionieren kann. Elektronen sind in den nichtleiterischen Körpern fest verankert und können deshalb keine Elektronenbewegeung durchführen, trotzdem kommt es zu einer positiven und negativen Ladung zwischen zwei Körpern.
Habe ich einen Denkfehler oder wie findet diese statt?
Vielen Dank im Voraus
3 Antworten
Du hast vermutlich keinen Denkfehler, nur zu geringe Chemiekenntnisse.
Die Elektronen in Nichtleitern sind nicht völlug fest, aber sie können nicht viel weiter als bis zum benachbarten Atom. Das reicht zum Isolieren aus - zum Leiten müsste ein Ladungsträger wenigstens ein paar Hundert Atome weiterwandern können.
Beim Reiben kommen nun viele Atome aus dem einen Stoff in Kontakt mit Atomen aus dem anderen Stoff. Je nachdem, welche Atome das sind und mit welchen anderen Atomen sie verbunden sind, geben sie mehr oder weniger leicht Elektronen ab oder reißen mehr oder weniger stark Elektronen an sich. Wenn das Bestreben, ein zusätzliches Elektron an sich zu reißen, auf der einen Seite sehr viel größer ist als das Bestreben, das äußerste Elektron festzuhalten, auf der anderen Seite, springt ein Elektron über.
Groß genug ist der Unterschied, wenn seine Energie größer ist als die Coulomb-Energie zweier Ladungen in ein paar (Dutzend bis Hundert) Atomdurchmessern Abstand. (Erleichtert wird der Sprung übrigens dadurch, dass Elektronen hochgradig quantenmechanische Teilchen sind und "Potentialbarrieren" "durchtunneln" können: "quantenmechanischer Tunneleffekt")
Ergänzend noch zur recht guten Antwort von PWolff:
Lt. einem Buch über Elektrostatik konnte ich lernen entgegen allem was in Physikbüchern von Schulen geschrieben ist: Für die statische Aufladung müssen 2 unterschiedliche Stoffe, wobei einer mindestens ein Isolator sein muss - besser natürlich 2 Isolierstoffe, möglichst eng (nm-Bereich) aneinander kommen. Reibung ist für diese Triboelektrozität nicht von Nöten, begünstigt aber durch seinen weiter verringernden Abstand die Höhe der stat. Aufladung.
Die stat. Aufladung beruht auf dem thermodynamischen Gesetz nach Helmholtz. Die Elektronen von dem Stoff mit höherer Elektronegativität springen auf den anderen mit geringer Elektronegativität über im Grenzbereich. Ein Überspringen ist bei >1ym in Luft nicht mehr möglich. Deshalb ist das Aufrauhen von synthetischen Flächen von z.B. Ästhetikteilen aus Kunststoff eine gängige Antistatikmaßnahme.
Erst wenn beide Stoffe schnell voneinander getrennt werden, so dass die Ladungen wegen des hohen Oberflächenwiderstandes nicht mehr schnell genug zurückfließen können entstehen die hohen Feldstärken.
Wichtig ist auch zu wissen: Elektrostatik ist bei isolierenden Stoffen ein Oberflächenphänomen. Die umgebende Luft wird sogar ionisiert und es bildet sich eine Elektronenwolke, die sich nur über die Luftfeuchte wieder entladen kann.
Also mein Vorredner hat recht, wenn die Elektronen im Atomverband zwar starr sind, aber bei Einzelatomen natürlich recht beweglich sind. Nach dem ich glaube bohrschen Atommodell sollen sie ja extrem schnell um den Atomkern kreisen. Deshalb müssen die Stoffe auch extrem eng aneinander kommen und müssen sehr glatt sein also quasi auf Atomebene, deshalb im nm-Bereich. Dann interagieren sie auch in Abh. v. d. Temp. im Grenzbereich mit den anderen Atomen des anderen Stoffes.
Vielen vielen Dank dass erklärt natürlich einiges ^^
Noch eine Frage, der Stoff mit der größeren Dielektrizitätkonstante wird positiv geladen und der andere negativ , richtig?
Google-hilfe:
-Elektrostatik
-Coulombsches Gesetz