Was ist Elektrizität?

Autor:
Publikation:	1.11.1997
Herkunft:	La main à la pâte, Paris

Elektrizität hat vor allem mit Ladungen zu tun. Es gibt zwei Arten von Ladungen, positive und negative Ladungen. Ladungen mit gegensätzlichem Vorzeichen ziehen sich an, und solche mit demselben Vorzeichen stoßen sich ab. Jeder Stoff enthält Ladungen. Wenn ein Körper genauso viele positive wie negative Ladungen enthält, sagt man, dass er neutral ist. Wenn man dieses Gleichgewicht verändert, wird der Körper geladen. Er hat dann anziehende oder abstoßende Eigenschaften, wechselwirkt also mit anderen Körpern in seiner Umgebung. Die Elektrizität beschreibt alle von den Ladungen verursachten Phänomene.

Man unterscheidet im Allgemeinen die statische oder elektrostatische Elektrizität, welche die Wechselwirkung von unbewegten Ladungen behandelt, von der Elektrodynamik, die bewegte Ladungen, z.B. in einem elektrischen Stromkreis, behandelt. Historisch betrachtet wurde die Elektrostatik bereits von Thales im 6. Jahrhundert v. Chr. entdeckt, während die Elektrodynamik erst nach der Erfindung der Batterie durch Volta im Jahre 1800 einen wahren Aufschwung erfuhr.

Die Elektrostatik

Obwohl das ihr Name vermuten ließe, ist die Elektrostatik alles andere als statisch. Ganz im Gegenteil, die Ladungen unterliegen dem elektrischen Einfluss anderer Ladungen. Dadurch stoßen sich die Ladungen ab oder ziehen sich an, je nach Vorzeichen. Beim Bürsten richten sich unsere Haare auf dem Kopf auf, weil jedes Haar ein Isolator ist, dem durch das Bürsten Ladungen entrissen werden und sich das Haar deshalb von seinen Nachbarn abstößt. Auf manchen Kleidungsstücken sammeln sich statische Ladungen; sobald man einen metallischen Leiter (oder eine andere Person) berührt, fließen sie ab, wodurch ein Strom erzeugt wird, den wir als elektrische Entladung wahrnehmen (nicht gefährlich, aber eher unangenehm!). Ladungen sammeln sich auch manchmal zwischen zwei flachen Leitern, die durch eine Isolierschicht getrennt sind: Das nennt man einen Kondensator, der eine kleine Menge Elektrizität speichern kann.

Elektrodynamik

Bei der Elektrodynamik, die man allgemein mit der Elektrizität verbindet, spielen auch die Ladungen wieder eine Rolle, aber dieses Mal sind es bewegte Ladungen, die sich z.B. in einem elektrischen Stromkreis ständig bewegen. Diese bewegten Ladungen sind der elektrische Strom. Einen Strom gibt es nur, wenn der Stromkreis geschlossen ist und dieser mindestes ein leitendes Material zum Leiten der Ladungen enthält, außerdem eine Spannungsquelle (eine Batterie, einen Dynamo, das Netz usw.) zum Antreiben der Ladungen und einen Verbraucher, den der Strom zum "Funktionieren" bringt. Die Spannungsquelle besitzt mindestens zwei Anschlüsse, einen negativen und einen positiven Anschluss. Diese beiden Anschlüsse setzen Ladungen im Stromkreis in Bewegung. Mit einer Spannungsquelle und einem Leitungsdraht kann man eine ganze Reihe von Verbrauchern betreiben: Glühlampen, Haushaltsgeräte, Computerchips, Transistoren usw.

Auf atomarer Ebene

Man kann die Elektrizität auch zu verstehen versuchen, indem man die Materie im mikroskopischen Maßstab, dem der Atome, untersucht. Im Zentrum jedes Atoms findet man einen Kern, der u.a. Protonen genannte Teilchen enthält, deren Ladung positiv ist. Um diesen Kern kreist eine Wolke von negativ geladenen Elektronen. Die Protonen und Elektronen ziehen sich an, was letztere an den Kern bindet. Die am schwächsten gebundenen Elektronen sind imstande, aus dieser "Einflusssphäre" zu entkommen (wobei sie bei Nichtleitern tendenziell stärker an "ihren" Kern gebunden sind). Sie verschieben sich dann innerhalb der Materie. Sobald sich diese Elektronen, z.B. durch das Anlegen einer äußeren Spannung, überwiegend in eine Richtung bewegen, fließt ein Strom durch das Material.

[Anmerkung der Übersetzer: Dies ist allerdings nicht die einzige Möglichkeit, wie ein Strom auf atomarer Ebene auftreten kann. In Lösungen z.B. findet man in der Regel nicht nur ungeladene, sondern auch eine gewisse Anzahl &ndash sowohl negativ als auch positiv – geladener Atome und Moleküle, die also ein oder mehrere Elektronen "zu viel" haben. Diese werden als Ionen bezeichnet. Auch diese werden durch eine Spannung in Bewegung gesetzt, so dass ebenfalls ein Strom zustande kommt.]