Basiswissen

Ein Klassiker der Elektrostatik: ein Stab aus Kunststoff wird mit Lappen aus Textil gerieben. Dabei lädt sich der Stab elektrostatisch auf. Damit kann man dann einen Strahl aus fallenden Wasserteilchen gut deutlich sichtbar ablenken. Interessant ist die Frage, warum man den Wasserstrahl zwar stark anziehen, aber niemals abstoßen kann.

Materialien

Einen Hahn für Leitungswasser ↗

Einen Stab aus Plastik ↗

Einen Textillappen

Ein Lineal ↗

Eine Stoppuhr ↗

Kurzanleitung

Wenn man einen Stab aus Kunststoff einige Zeit stark mit einem Lappen reibt, dann wird der Stab elektrisch aufgeladen. Mit dem Stab kann man dann einen nach unten fallenden Wasserstrahl anziehen. Der Effekt dahinter die die elektrische Aufladung des Stabes und der sogenannte Dipol-Charakter der Wassermoleküle.

Ausführliche Anleitung

Die Anleitung ab hier ist dazu gedacht, dass die Versuchsergebnisse später auch mit Zahlen ausgewertet werden können.

0. Schritt

Zählen: Setze die Stoppuhr in Gang. Übe, dass du in etwa so laut hochzählen kannst, dass jeder Zählschritt in etwa eine Sekunde dauert. Wenn du bis 30 gezählt hast, sollten auch ungefähr 30 Sekunden vergangen sein. Es ist auch in Ordnung, wenn es nur 25 oder auch 35 Sekunden sind.

1. Schritt

Blatt: Nimm ein DIN-A4-Blatt. Lasse links einen Rand von etwa einer halben Zeigefingerlänge (etwa 5 Zentimeter). Schreibe oben die Überschrift darüber: "Versuch fallendes Wasser". Schreibe unten an das Blatt deinen Namen und das Datum von heute.

2. Schritt

Skizze: Die Skizze soll ungefähr so groß werden, dass sie das halbe Blatt braucht. Zeichne oben auf das Blatt einen Wasserhahn. Zeichne dann einen dünnen Wasserstrahl, der aus dem Hahn kommt und senkrecht nach unten fällt. Schreibe an diesen Strahl "ohne elektrisierten Stab".

3. Schritt

Strahl: Drehe nun den Wasserhahn so weit auf, dass gerade ein möglichst dünner Strahl senkrecht nach unten fällt. Je dünner und schwächer der Strahl ist, desto besser.

4. Schritt

Stab: Nimm nun den Kunststoffstab in eine Hand. Nimm den Textillappen in die andere Hand. Reibe den Stab sehr kräftig mit dem Lappen. Die Geschwindigkeit ist nicht so wichtig. Wichtig und gut ist es, wenn du den Lappen möglichst stark an den Stab presst. Der Effekt dahinter ist die sogenannte Reibungselektrizität.

5. Schritt

Ablenkung: Gehe nun langsam mit dem geriebenen Stab in Richtung Wasserstrahl, je näher desto besser, aber so, dass der Stab das Wasser nicht berührt. Der Wasserstrahl sollte jetzt sehr deutlich hin zum Stab abgelenkt werden. Wenn das nicht so ist: reibe noch mal, aber jetzt länger und stärker. Wenn das immer noch nichts bringt, dann probiere andere Textilstücke zum reiben oder andere Kunststoffstäbe aus.

6. Schritt

Skizze: wenn der Wasserstrahl hin zum Stab gebogen wird, dann zeichne jetzt in die Skizze einen zweiten Wasserstrahl. Achte auf alle Details und beschreibe sie in der Skizze:

ist der abgelenkte Strahl geradlinig oder leicht gebogen?

ist der abgelenkte Strahl überall gleich dick?

7. Schritt

Entfernung: Wenn der Versuch an sich klappt, dann untersuche, wie sich die Entfernung des Stabes auf die Ablenkung auswirkt: Lade den Stab gut auf. Halte ihn 10 cm vom Wasserstrahl entfernt und notiere, wie stark der Strahl abgelenkt wird. Dann halte den Stab 5 cm entfernt vom Strahl, dann 2 cm und am Ende ganz nah an den Strahl. Schreibe für alle Entfernungen die Wirkung auf.

8. Schritt

Zeit: Lade wieder den Stab gut auf. Halte ihn nun so nah an den Wasserstrahl, dass er möglichst stark abgelenkt wird. Zähle langsam von 0 nach oben. Versuche, dass jeder Zählschritt in etwa eine Sekunde dauert. Bechreibe auf dem Blatt, ob die Ablenkung mit der Zeit zurückgeht oder immer gleich stark bleibt. Nach wie vielen Sekunden ist die Ablenkung auf die Hälfte zurückgegangen oder wann ganz? Schreibe das auf.

9. Schritt

Deutung: Dieser Versuch verrät uns etwas, wie Wasserteilchen in sich aufgebaut sind. Obwohl ein Wassermolekül selbst für ein Mikroskop zu klein ist, kann man aus den Versuchsergebnissen Rückschlüsse über seine Form ziehen. In der Physik nennt man so etwas "Modelldenken". Siehe auch Modell fallender Wassermoleküle ↗

Ein Scheinparadoxon

Ein Paradoxon ist ein Gedankengang, der zu offensichtlich falschen Ergebnissen führt, bei dem man den Fehler im Gedanken aber nicht leicht erkennen kann. Hier ist ein solches scheinbares Paradoxon für den Wasser-Influenz-Versuch: es ist tatsächlich möglich, einen Stab sowohl elektrisch positiv wie auch elektrisch negativ aufzuladen. Nun stoßen sich gleichartige Ladungen immer gegenseitig ab, ungleichartige ziehen sich an. Daraus könnte man folgenden Schluss ziehen: wenn ein positiv geladener Stab das Wasser anzieht, dann müsste ein negativ geladener Stab das Wasser abstoßen. Das ist aber nicht der Fall: das Wasser wird immer nur angezogen. Wie kann das sei? Wo ist der Denkfehler? Die Antwort steht im Artikel zum Modell fallender Wassermoleküle ↗