Frage zur Ladungstrennung?
Im Textbuch steht, dass wenn sich 2 Isolatoren berühren einige Elektronen von einem Körper in den anderen überlaufen und sich so ein Körper negativ lädt. Wie kann das aber sein, da z.B. Elektronen vom Glasstab ins Fell übergehen, aber ja auch Elektronen vom Fell in den Glasstab übergehen. Müsste da nicht eigentlich ein Ladungsaustausch geschehen? Und wieso lädt sich dann immer 1 bestimmtes Material negativ auf?
Wieso können bei 2 nichtladern überhaupt Elektronen in einen anderen Körper übergehen? Sind sie nicht fest an die Atomkerne gebunden?
3 Antworten
Das läßt sich leider nicht einfach verstehen. Materie besteht aus Atomen, also sehr kleinen positiv geladenen Kernen, die von einer Elektronenwolke umgeben sind. Die Elektronen sind dabei an die Kerne gebunden, können also nicht weg (sie werden ja angezogen).
- Es kostet also Energie, dem Material Elektronen zu entziehen, diese Energie heißt auch Austrittsarbeit. Für manche Materialien ist sie größer als für andere.
- Andererseits können aber viele Materialien zusätzliche Elektronen binden, wenn irgendwo welche herumliegen. Jedes zusätzlich gebundene Elektron macht es weiteren Elektronen schwerer, noch dazuzukommen, weil ja Abstoßung auftritt.
Jetzt mußt Du nur noch zwei Materialien finden, von denen das eine eine möglichst geringe Austrittsarbeit hat, und das andere zusätzliche Elektronen gut binden kann. Wenn noch ein paar andere Bedingen, die mit der Oberflächenbeschaffenheit zu tun haben, erfüllt sind, dann wird beim engen Kontakt zwischen den beiden Materialien eine kleine Menge Elektronen vom einen ins andere wechseln, d.h., es tritt Ladungstrennung auf.
Dieser Ladungsfluß ist immer selbstlimitierend, denn je mehr Ladungen geflossen sind, umso schwerer wird die weitere Ladungstrennung. Die Elektronen müssen ja nicht nur die Austrittsarbeit ihres Quellmaterials überwinden, sondern auch die Abstoßung aller Zusatzelektronen, die das Zielmaterial bereits angesammelt hat; dem steht nur die Bindungsenergie im Zielmaterial gegenüber, die konstant bleibt. Deshalb kommt man bald zu einem Punkt, an dem Gleichgewicht herrscht, d.h., auch mit noch so viel Reiben fließen keine weiteren Elektronen.
Leider ist diese Erklärung ziemlich wischiwaschi, weil Du damit nicht voraussagen kannst, welche Materialien ein solches Paar bilden. Um das wirklich zu verstehen, muß man die Struktur der Materialien auf atomarer Ebene genau kennen, und dazu braucht es die Quantenmechanik.
Dankeschön!! Ich verstehe es jetzt! Sehr hilfreich. Kann mich auf Quantenmechanik freuen :)
Es handelt sich nur um Elektronen auf der Oberfläche. Einige wenige davon lassen sich beim einen leichter abreiben als beim anderen. Damit ergibt sich ein "Ungleichgewicht".
Man kann übrigens mit einer Glimmlampe, die man an den jeweiligen Stoff hält, sehen, wo zuviele Elektronen sind. Auf der Seite ist kurzzeitig eine Leuchterscheinung.
Chat GPT hat mir darauf geantwortet: aber ich verstehe das nicht. Kann jemand bitte erklären?
Es ist wichtig zu verstehen, dass dieser Prozess nicht zwangsläufig zu einer dauerhaften Ladung führt. Es kann zu einem Ausgleich kommen, wenn die Materialien wieder voneinander getrennt werden. Warum sich bestimmte Materialien eher negativ oder positiv aufladen, hängt von ihren spezifischen Eigenschaften ab, insbesondere ihrer Elektronenaffinität.
Die Elektronen in einem Isolator sind normalerweise an die Atomkerne gebunden, können aber durch äußere Einflüsse, wie Reibung, Energiezufuhr oder Kontakt mit anderen Materialien, verschoben werden. Dies führt zu temporären Ladungsunterschieden, bis sich das System wieder ausgleicht.