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Die statische Aufladung

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Heute wollen wir uns mit einem Phänomen beschäftigen, was vor allem im Winter manchmal unangenehme Wirkung hat. Die sogenannte statische Reibungselektrizität.Mit diesem Begriff wirst Du erstmal nichts anfangen können. Aber sicher hast Du schon mal "einen gewischt", also einen kleinen elektrischen Schlag bekommen, wenn Du einen Türgriff oder andere metallische Gegenstände angefasst hast.

Leiter und Nichtleiter

Um das Phänomen zu verstehen, musst du wissen, dass es zwei verschiedene Arten von Stoffen gibt. Das sind einmal die Nichtleiter und zum anderen die Leiter. Zu den nichtleitenden Stoffen, die auch Isolatoren heißen, gehören zum Beispiel die Luft, Kunststoffe oder auch Wolle und Papier. Diese leiten elektrischen Strom nicht. Leiter sind zum Beispiel alle Metalle, aber auch Wasser und andere Flüssigkeiten. Durch leitende Stoffe fließt der elektrische Strom fast ungehindert.

Diese Eigenschaft kommt daher, daß diese Stoffe alle aus den winzig kleinen Bausteinen der Natur, den Atomen, bestehen. In diesen Atomen kreisen noch winzigere Elektronen um den Atomkern. Die Elektronen sind, wie der Name schon vemuten läßt, für elektrische Ströme zuständig. Wenn sie sich frei in dem betreffenden Stoff bewegen können, kann elektrischer Strom fließen. Das ist in Leitern der Fall. In Nichtleitern sind die Elektronen fest an ihre eigenen Atomkerne gebunden. Sie können daher Strom nicht weiterleiten. Strom fließt normalerweise nur, wenn du eine Stromquelle, z.B. eine Batterie an eine Glühbirne, anschließt.


Wie entsteht statische Aufladung?

Durch Reibung eines Luftballons an einem Pullover entsteht durch Ladungstrennung eine statische Reibungselektrizität
Foto: Durch Reibung eines Luftballons an einem Pullover entsteht durch Ladungstrennung eine statische Reibungselektrizität

Bei der sogenannten statischen Elektrizität oder Aufladung brauchst du keine Batterie. Du musst zum Beispiel nur einen Luftballon an einem Pullover reiben. Durch die Reibung werden Elektronen von dem einen Stoff auf den anderen übertragen, die sogenannte Ladungstrennung. Man sagt, der Pullover und der Ballon haben dann eine gewisse elektrische Ladung. Wichtig ist, dass die beiden Gegenstände, die man aneinander reibt, aus Nichtleitern bestehen, damit die Ladung nicht direkt abfließen kann.


Der Ballon an der Decke

Dank dieser Ladung kannst du ein verblüffendes Experiment machen. Nachdem du den Ballon ein paar mal kräftig am Pullover gerieben hast, ist die Ladung so groß, dass du den Ballon wie durch Geisterhand an die Zimmerdecke "kleben" kannst. Der Ballon wird von der Decke ein paar Stunden elektrisch angezogen und fällt erst herunter, wenn sich aus der Umgebungsluft geladene Teilchen, die dort immer vorhanden sind, an den Ballon angelagert haben. Dadurch verliert der Ballon die Ladung und fällt zu Boden.

Statisch aufgeladener Ballon klebt an der Zimmerdecke
Foto: Statisch aufgeladener Ballon "klebt" an der Zimmerdecke.

Ein anderer, manchmal sogar schmerzhafter Fall von statischer Reibungselektrizität tritt auf, wenn Du mit Schuhen mit Kunststoffsohle über einen Teppichboden läuft, der ebenfalls aus Kunststoff besteht. Durch die Reibung der Schuhsohle am Teppichboden wird hier ebenfalls im deinem Körper eine Ladung erzeugt, die abfließt, sobald du einen elektrisch leitenden Gegenstand wie zum Beispiel eine Türklinke oder die Karosserie eines Autos anfasst.


Das Gewitter am Finger

Im Dunkeln kannst du sogar den Ladungsübertritt hören und mit bloßem Auge beobachten. Es knistert leise und es gibt einen winzigen Blitz. Im Prinzip ist das nichts anderes als ein kleines Gewitter am Finger. Aber viel kleiner und ungefährlicher. Die Spannung ist zwar mit einigen 1000 Volt ziemlich hoch, aber die Ströme sind sehr gering, so dass man nicht um seine Gesundheit fürchten muss. Der Strom, der aus der Steckdose kommt, hat "nur" eine Spannung von 230 Volt, aber dafür sind die Ströme sehr viel höher. Solche hohen Ströme aus der Steckdose und auch der Strom, der bei einem Gewitter in einem Blitz fließt, sind für den menschlichen Körper in den meisten Fällen tödlich!


Warum kriegt man im Winter häufiger einen gewischt?

Im Winter ist es nun so, dass die Luft in unseren Wohnungen relativ wenig Luftfeuchtigkeit enthält. Das kommt daher, dass die kalte Winterluft nur wenig Wasserdampf speichern kann. Beim Lüften gelangt die Luft in die Wohnung und wird dort erwärmt. Warme Luft kann aber mehr Wasserdampf speichern und daher ist die relative Luftfeuchtigkeit sehr niedrig. Die relative Luftfeuchtigkeit ist das Verhältnis von aktuell in der Luft enthaltenem Wasserdampf zu der Menge, die die Luft bei der aktuellen Temperatur eigentlich speichern könnte, wenn genug Feuchte vorhanden wäre.

Der statische Aufladung kann sich nun besonders gut aufbauen, wenn die Luftfeuchtigkeit niedrig ist, weil trockene Luft ein sehr schlechter Leiter ist, feuchte Luft dank des enthaltenen Wasserdampfes aber immerhin ein etwas besserer Leiter ist. Die Ladung kann somit im Winter höhere Werte erreichen und den elektrischen Schlag, den du dann bekommst, spürst du besonders heftig.

Abhilfe schaffen kannst du übrigens, wenn du die Luftfeuchtigkeit erhöhst, zum Beispiel indem du ein Gefäß mit Wasser an die Heizung hängst. Das Wasser verdunstet und erhöht die Luftfeuchtigkeit im Zimmer, was auch generell besser für das Raumklima ist.


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