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Elektrostatik - Experimente mit statischer Elektrizität

Mit elektrostatischer Aufladung kann man schöne kleine Experimente mit Kindern machen. Diese sind absolut ungefährlich, aber für Kinder sehr spannend, weil sie diese im Grunde alleine ausführen können. Bereits Zweijährige können verstehen, wie man einen Luftballon auflädt und haben großen Spaß an den Experimenten. Hier zeige ich dir 4 einfache Experimente, die du leicht zu Hause nachmachen kannst.

Inhaltsverzeichnis:

Einführung

Elektrostatische Aufladung kennst du vielleicht: Manchmal stehen deine Haare wie durch Zauberkraft in alle Richtungen ab. Oder du hast selbst schon einmal eine elektrostatische Entladung am eigenen Körper erfahren: Du fasst eine andere Person an und bekommst einen kleinen „Schlag“. Auch Blitze entstehen durch elektrostatische Aufladung.

Elektrostatische Aufladung im Trampolin.
Elektrostatische Aufladung im Trampolin.

Das brauchst du für alle folgenden Experimente:

Um den Luftballon elektrostatisch aufzuladen, reibst du ihn auf einem Teppich oder deiner Fleecejacke. Vorsicht: Wenn du den Luftballon an der geriebenen Stelle berührst entlädst du ihn sofort wieder.

Um den Luftballon elektrostatisch aufzuladen, kannst du ihn auf einem Teppich reiben.
Um den Luftballon elektrostatisch aufzuladen, kannst du ihn auf einem Teppich reiben.

Nun ist der Luftballon geladen und du kannst die folgenden Experimente machen. Zwischendurch musst du den Ballon immer wieder neu aufladen, da die statische Aufladung nicht von Dauer ist.

Achte darauf, immer die Stelle des Ballons für das Experiment zu nutzen, die du aufgeladen hast, sonst wird das Experiment nicht funktionieren.

Der aufgeladene Luftballon

Für das erste Experiment brauchst du zusätzlich ein paar Papierschnipsel. Die bekommst du zum Beispiel aus einem Locher. Die Schnipsel verteilst du auf einem Teller oder Tablett.

Jetzt näherst du dich den Schnipseln langsam mit deinem aufgeladenen Luftballon. Kommst du ihnen zu nahe, werden sie angezogen. Sie springen dem Luftballon entgegen und kleben an ihm fest.

Papierschnipsel werden von einem elektrostatisch aufgeladenen Luftballon angezogen.
Papierschnipsel werden von einem elektrostatisch aufgeladenen Luftballon angezogen.

Bei dem Experiment geht es um Abstände im Zentimeterbereich. Es reicht, wenn du mit einer Entfernung von 10cm beginnst dich den Schnipseln zu nähern.

Mit einem aufgeladenen Luftballon kannst du viele kleine leichte Dinge anziehen: Staub, Haare, Papier, Styropor, Plastik, Pfeffer, etc. Hätte Aschenputtel einen Luftballon gehabt, so hätte sie mit ihm die Asche anziehen können und die Linsen wären übrig geblieben.

Der abgelenkte Wasserstrahl

Hierfür brauchst du einen aufgeladenen Luftballon und ein Waschbecken. Der Wasserhahn sollte so angebracht sein, dass der Wasserstrahl möglichst lang ist. Du solltest mit dem Luftballon neben den Wasserstrahl kommen können ohne ihn zu berühren. Meistens ist die Küche ein geeigneter Ort, oder die Badewanne.

Dreh den Wasserhahn auf. Aber nur ein kleines bisschen, es soll gerade so ein Wasserstrahl entstehen. Wenn du dich mit der aufgeladenen Seite des Luftballons dem dünnen Wasserstrahl näherst, wird sich der Strahl zum Luftballon hin biegen.

Der Wasserstrahl wird von einem elektrostatisch aufgeladenen Luftballon angezogen.
Der Wasserstrahl wird von einem elektrostatisch aufgeladenen Luftballon angezogen.

Der klebende Luftballon

Lade den Luftballon auf, lass dich von einer großen Person hochheben und halte die aufgeladene Seite den Ballons an die Decke. Der Luftballon wird an der Decke kleben bleiben! Erst nach einiger Zeit wird er von alleine wieder herabsinken.

Da die Arme anderer Personen erfahrungsgemäß schneller müde werden als die Kinder, kann man alternativ den Ballon auch an die Unterseite eines Tisches oder Regals kleben.

Mit dem aufgeladenen Luftballon berührst du die Unterseite eines Regals. Durch die Aufladung bleibt er hängen.
Mit dem aufgeladenen Luftballon berührst du die Unterseite eines Regals. Durch die Anziehung bleibt er hängen.
Mehrere Luftballons an einem Regal.
Mehrere Luftballons an einem Regal.

Das Elektroskop

Jetzt zeige ich dir, wie du ein einfaches Elektroskop selber bauen kannst. Ein Elektroskop ist ein Gerät zum Nachweis von elektrischen Ladungen.

Du brauchst:

Vorsicht: Lass dir bei der folgenden Anleitung von einer erwachsenen Person helfen!

  1. Mit einem Nagel oder einer spitzen Schere stichst du ein Loch in die Mitte des Plastikdeckels, so dass der Draht gerade so durch passt.
  2. Mit der Zange schneidest du ein ca. 20cm langes Stück Draht ab und steckst ihn durch das Loch.
  3. Biege den Draht auf der Unterseite zu einem Haken.
  4. Biege den Draht an der Unterseite zu einem Haken.
    Biege den Draht an der Unterseite zu einem Haken.
  5. Auf der Oberseite biegst du den Draht rund, damit du dich nicht daran verletzen kannst.
  6. Biege den Draht an der Oberseite rund.
    Biege den Draht an der Oberseite rund.
  7. Befestige den Draht auf der Oberseite mit Bastelkleber, Heißkleber oder Knete.
  8. Mit der Schere schneidest du einen schmalen Streifen Alufolie in der Breite des Hakens ab.
  9. Die Folie faltest du in der Mitte und hängst sie locker über den Haken. Die beiden Seiten dürfen sich nicht berühren. Die Folienlänge bestimmt die Stärke des Ausschlags: je kürzer die Seiten, desto stärker der Ausschlag.
  10. Falte die Folie und hänge sie über den  Haken.
    Falte die Folie und hänge sie über den Haken.
  11. Jetzt schraubst du den Deckel auf das Glas. Die Folie soll frei in der Mitte hängen.
  12. Schraube den Deckel auf das Glas.
    Schraube den Deckel auf das Glas.

Wenn du kein Schraubglas mit Plastikdeckel hast, kannst du dir einen Pappdeckel basteln. Verwendest du einen Metalldeckel musst du darauf achten, den Deckel nicht zu berühren, da du das Elektroskop sonst entlädst.

Nun bringst du den aufgeladenen Luftballon in die Nähe des Drahtes. Hier sind mit Nähe wieder wenige Zentimeter gemeint. Das Elektroskop schlägt aus. Damit meine ich, dass sich die beiden hängenden Seiten der Alufolie auseinander bewegen. Entfernst du den Luftballon vom Elektroskop, geht die Alufolie wieder zurück, die beiden Seiten nähern sich wieder an.

Bringe einen aufgeladenen Luftballon in die Nähe des Drahtes.
Bringe einen aufgeladenen Luftballon in die Nähe des Drahtes.

Solltest du den Draht mit dem Luftballon berührt haben, so geht der Ausschlag des Elektroskops nicht wieder zurück. Das ist nicht schlimm. Berühre einfach den Draht mit einem Finger und schon geht der Ausschlag wieder zurück.

Falls du selbst einmal elektrostatisch geladen bist, was du zum Beispiel an abstehenden Haaren erkennen kannst, kannst du mit deinen Fingern das Elektroskop ausschlagen lassen. Du kannst dich aufladen durch das Anziehen eines Fleece-Pullovers oder durch hüpfen auf einem Trampolin. Bringst du deinen Finger dann in die Nähe des Elektroskops hat das den gleichen Effekt wie beim Luftballon.

Erklärung

Erklärung mit Hilfe einer Simulation

Die Universität von Colorado, USA, hat eine tolle Bildungsseite mit vielen kleinen interaktiven Simulationen zu naturwissenschaftlichen Themen. Zum Verständnis der statischen Elektrizität kannst du diese Simulation benutzen: "Ballons und statische Elektrizität 🡕".

Du siehst, dass am Anfang Pullover, Wand und Luftballon ebenso viele positive + wie negative - Ladungen haben. Man sagt, sie sind neutral. Reibst du nun den Luftballon an dem Pullover, so nimmt der Ballon die negativen Ladungen des Pullovers auf. Man sagt jetzt, er ist negativ geladen. Bringst du den Luftballon in der Simulation in die Nähe der Wand auf der rechten Seite, kannst du beobachten, wie die negativen Ladungen zurückweichen. Wie bei einem Magneten stoßen sich gleiche Ladungen ab. Die Wand ist dadurch an der Seite jetzt aber positiv geladen. Positive und negative Ladungen ziehen sich an, deswegen bleibt der Luftballon "kleben".

Wissenschaftliche Erklärung

Alles besteht aus Atomen. Atome bestehen aus negativ geladenen Elektronen und einem positiv geladenen Kern und sind normalerweise neutral. Das heißt, es gibt gleich viele positive wie negative Ladungen. Nimmt ein Atom zusätzliche Elektronen auf, so ist es negativ geladen, verliert es Elektronen, so ist es positiv geladen. Durch die Reibung (Reibungselektrizität) kommt es zu einer Trennung der Ladung: ein Teil ist nun positiv, eines negativ geladen.

Wasser besteht aus Wassermolekülen. Jedes Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen. Durch die räumliche Anordnung im Molekül ist das Wassermolekül an einer Seite positiv und an der anderen negativ geladen. Bringt man den aufgeladenen Luftballon in die Nähe, so werden die einzelnen Wassermoleküle von ihm angezogen.

Das Elektroskop funktioniert so, dass die Elektronen vom Luftballon auf den Draht überspringen und sich auf beiden Seiten der Alufolie sammeln. Wie bei einem Magneten stoßen sich gleiche elektrische Ladungen ab, ungleiche ziehen sich an. Die beiden Seiten der Alufolie stoßen sich also ab und bewegen sich auseinander, das Elektroskop schlägt aus. Da gleich geladene Körper sich abstoßen, stoßen sich auch die Enden der Alufolie gegenseitig ab. Entfernst du den Luftballon vom Elektroskop, geht die Alufolie wieder zurück. Berührst du den Draht mit dem Ballon, so fließen die Ladungen dauerhaft auf die Alufolie über. Der Ausschlag geht erst zurück, wenn das Elektroskop entladen wird. Dafür berührst du den Draht mit den Fingern, die Ladungen fließen zu dir und das Elektroskop ist entladen.

Auch wenn du selbst geladen bist (abstehende Haare, kleine Stromschläge) kannst du dich dadurch entladen, dass du etwas berührst, was mit dem Boden verbunden ist. Das kann zum Beispiel ein Wasserhahn sein. Man spricht hier von "Erdung", etwas muss "geerdet" werden.

Zuletzt geändert am: 16.9.2022

Text, Fotos, Bilder: Katrin Reinheimer