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Elektroskop: Erklärung des Phänomens
Das Experiment mit dem Elektroskop, bei dem der Zeiger ausgeschlagen hat, obwohl die geladene Glasstange nur in die Nähe gebracht wurde, und die nachfolgenden Beobachtungen, können durch das Prinzip der Influenz erklärt werden.
Influenz und der Ausschlag des Zeigers
Influenz ist ein Vorgang, bei dem die Ladungsverteilung in einem Leiter durch das elektrische Feld einer externen Ladung umverteilt wird, ohne dass ein direkter Kontakt besteht.
- Als die positiv geladene Stange in die Nähe des Elektroskops gebracht wurde, hat ihr elektrisches Feld die Elektronen im Elektroskop angezogen. Diese Elektronen bewegen sich in die Oberseite des Elektroskops, wo der Detektorarm (Zeiger) und die dazugehörige Platte oder Kugel sich befinden. Dadurch entsteht eine Trennung der Ladungen – oben im Elektroskop sammeln sich die negativen Ladungen (Elektronen), während unten im Stielbereich positive Ladungen (durch den Mangel an Elektronen) zurückbleiben. Diese Ladungstrennung erzeugt eine interne elektrische Kraft, die den Zeiger bewegt. Es ist also nicht so, dass die Elektronen durch die Luft zwischen der Stange und dem Elektroskop springen, sondern die in der Nähe befindliche Ladung verursacht eine Umverteilung der Elektronen innerhalb des Elektroskops.
Rückkehr des Zeigers in die Ausgangsposition durch Berührung
- Als jemand mit einem Finger das Elektroskop berührte, während die geladene Stange noch in der Nähe war, wurden die durch Influenz am oberen Ende gesammelten Elektronen zur Erde abgeleitet (d.h., in den Körper der berührenden Person und von dort aus weiter in die Erde, da der menschliche Körper in der Regel geerdet ist). Dieser Vorgang neutralisierte die Ladungstrennung im Elektroskop, wodurch die interne elektrische Kraft, die den Zeiger bewegt hatte, wegfiel und der Zeiger zurück zu seiner Ausgangsposition ging.
Erneuter Ausschlag nach Entfernung der Störungen
- Sobald die Glasstange und der Finger entfernt wurden, ohne dass die Stange das Elektroskop direkt berührte, konnte keine erneute Ladungstrennung durch Influenz stattfinden, weil keine äußere Ladung mehr die Elektronenverteilung im Elektroskop beeinflusste. Wenn es jedoch nach der ersten Berührung und der Entfernung des Fingers nicht zurückgeschlagen hat, könnte es daran liegen, dass die Beschreibung unvollständig ist oder ein Missverständnis vorliegt. Normalerweise würde man erwarten, dass ohne die Anwesenheit einer externen Ladungsquelle und nach einer Erdung des Elektroskops durch Berührung, der Zeiger in seiner neutralen Position bleibt. Doch, wenn das Elektroskop nach dem Entfernen der externen Ladung und dem Wegnehmen des Fingers erneut ausschlägt, könnte es sein, dass das Elektroskop selbst eine dauerhafte Ladung angenommen hat, etwa durch direkten Kontakt mit der Ladungsquelle zu einem früheren Zeitpunkt des Experiments oder durch einen anderen, nicht beschriebenen Effekt.
Fazit
Der Ausschlag des Zeigers ohne direkten Kontakt mit der geladenen Stange ist also durch Influenz zu erklären. Die beobachtete Rückkehr des Zeigers in die Ausgangslage durch Berührung wird durch die Erdung des Elektroskops und die damit einhergehende Neutralisierung der Ladungsverteilung ermöglicht. Jede anschließende Bewegung des Zeigers hängt von den spezifischen Bedingungen ab, unter denen das Experiment durchgeführt wurde, einschließlich der verbleibenden Ladung im Elektroskop oder weiteren externen Einflüssen.
