Warum lässt sich Kamm einfacher laden als Holzstab? (Physik)?
So wie ich das verstanden habe kann man jeden Nichtleiter elektresich überladen durch Reibung. Mit dem Kamm und Haaren geht es einfach, aber mit einem Wolltuch und einem Holzstab kaum. Woran liegt das?
Grüße
3 Antworten
Unterschiedliche Materialien (eigentlich: Atome) haben eine unterschiedlich hohe Fähigkeit ihre Elektronen zu halten, Stichwort: Elektronegativität, in diesem Kontext spricht man auch von Elektronenaffinität.
Reibt man zwei Materialien mit gleicher Elektronenaffinität, dann ziehen beide gleich stark an den Elektronen und jedes Material behält seine Elektronen -- keine Ladungsübertragung findet statt.
Reibt man zwei Materialien mit unterschiedlich hoher Elektronenaffinität, dann zieht das Material mit der höheren Elektronenaffinität Elektronen vom Material mit der niedrigeren ab, das erstere lädt sich dabei negativ auf, das letztere positiv.
Hier eine Übersicht über einige Materialien, geordnet nach ihren Elektronenaffinitäten (Tabelle unten rechts): https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektrische-grundgroessen/ausblick/reibungselektrizitaet
Katzenwolle und PVC (aus dem ein Kamm gemacht ist) sind an unterschiedlichen Enden der Liste, deshalb klappt die Ladungsübertragung hier ganz besonders gut. Holz dürfte eine weitaus weniger hohe Elektronenaffinität als PVC haben, vielleicht sogar irgendwo in der Nähe der von Katzenwolle, sodass kaum Ladungsübertragung stattfindet und beide Materialien nur ihre Elektronen behalten.
Die Oberfläche des Kamms ist größer und kann daher auch mehr "elektrisiert" werden als ein Holzstab
Das kommt natürlich auch auf das Material an. Material und Oberfläche sind entscheidend.
Ich werde versuchen auf das Thema ausführlich einzugehen. Ich setze voraus, dass du mindestens das bohrsche atommodell kennst. Wir werden versuchen uns ein Molekül grob zusammen zu bauen und uns die Kräfte anschauen die hier verantwortlich sind.
Wie du ja weißt, besteht ein Atom grundsätzlich erstmal aus einem positiv geladenen Kern mit Protonen und Neutronen und außen bewegen sich die Elektronen auf fest definierten Bahnen.
Die Anzahl der Protonen im Kern bestimmt das Element während im Normalfall die Anzahl an Elektronen gleich der der Protonen ist.
Was bringt nun ein elektron dazu sich auf diese Bahn zu zwingen? Das ist ja nicht aus Spaß dort. Es liegt an den anziehenden Kräften der protonen, denn Elektronen und protonen sind unterschiedlich elektrisch geladen. Das Proton mit +1,602*10^-19C und das elektron mit -1,602*10^-19C (lass mich nicht lügen, hoffe ich habe die zahlen noch richtig im kopf) und ungleichnamige Ladungen ziehen sich an.
Nun gibt es ein Naturgesetz welches das (coulombgesetz) genannt wird. Dieses coulombgesetz beschreibt die Verantwortlichen Kräfte und im coulombgesetz wird deutlich, dass die anziehende Kraft zwischen den Ladungen quadratisch abnimmt.
Das heißt, je weiter das elektron vom Kern entfernt ist, desto weniger wird es vom positiven Kern gehalten. Um nun dieses elektron zu entreißen brauchst du weniger Energie als diejenigen die sich näher am Kern befinden.
Deshalb tun sich such immer neue Bahnen auf und du kannst nicht einfach alle Elektronen drauf werfen, denn innen ist weniger Platz als außen und gleichnamige Ladungen stoßen sich ja ab. Wenn eine Bahn also voll ist, braucht es eine weitere sofern die Kraft des Atomkerne es noch halten kann.
Bringen wir nun ein anderes Atom in die nähe eines solchen Atoms, welcher auf seiner Schale noch Platz für ein weiteres elektron hat, dann reicht die Kraft aus um das elektron des einen Atoms zu entreißen. Das elektron geht dan sozusagen hin und her und es entsteht eine Bindung. So verbinden sich Atome zu Molekülen.
Nun kommt es ganz auf die Atome an, wie sie sich verbinden, denn es gibt verschiedene Strukturen. Kupfer Atome verbinden sich z.b. in einer Gitterstruktur.
Die elektronegativität eines Elements entsteht also durch den Abstand der äußersten Elektronen zum Atomkern und gibt Auskunft darüber wie gut bzw schlecht Atome Elektronen abgeben oder aufnehmen.
Das heißt ein Holzkamm würde genauso gut elektrisiert werden wie einer aus Plastik? Kommt es dann überhaupt auf das Material an?