Elektrische Maschinen - so funktioniert eine Elektrisiermaschine

"Elektrisches" durch Reibung - so funktionieren Elektrisiermaschinen

• In Elektrisiermaschinen wird eine hohe Aufladung dadurch erzeugt, dass Reibung (später auch Influenz, siehe unten) die Fähigkeit hat, Ladungen unterschiedlicher Stoffe zu trennen.
• Diese sog. Reibungselektrizität begegnet Ihnen oft im Alltag, wenn Sie beispielsweise mit Schuhen (Kunststoffsohle) über einen Teppichboden laufen und dabei aufgeladen werden. Auch Schulversuche mit Stäben, Wolltüchern oder Luftballons, die sich durch Reiben aufladen lassen und dann unter der Zimmerdecke "kleben", sind den meisten bekannt.
• Bei den Elektrisiermaschinen werden Ladungen mit unterschiedlichem Vorzeichen (als "plus" und "minus" bezeichnet) mechanisch voneinander getrennt und zu zwei Konduktoren (also leitendes Material) geführt.
• Schon mit kleinen Maschinen dieser Art lassen sich in trockener Luft Spannungen in der Größenordnung von 100.000 Volt erzeugen. Die bei einer oder mehreren Entladungen abfließenden Ströme (Größenordnung Mikroampere) sind jedoch im Allgemeinen klein, wenn auch spürbar. Gerade dies machte ja in den früheren Jahrhunderten die Vorführung mit menschlichen Versuchspersonen so interessant.
• Ein kontinuierlicher elektrischer Strom war damit jedoch nicht zu erzeugen.


Ladungstrennung in der Physik - so wird's gemacht

In der Physik kommen zwei verschiedene Arten von Ladungen vor, sie werden (der Einfachheit halber) …

• Otto von Guericke, der mit seinen Evakuierungsversuchen berühmt gewordene Bürgermeister von Magdeburg, baute historischen Quellen aus dem 17. Jahrhundert zufolge die erste Elektrisiermaschine, bei der er seine Hand als "Reibzeug" benutzte. Den Quellen zufolge erzeugte seine Maschine ein deutliches Knistern.

Vom "Elektrisieren" zum Bandgenerator

• Der Anwendung und Bauweise entsprechend würde man Elektrisiermaschinen als eine historische Sackgasse ansehen, wird elektrischer Strom doch heute mithilfe von Generatoren oder Batterien erzeugt.
• Allerdings gibt es auch heute noch Weiterentwicklungen dieser ersten Ladungstrennungsmaschinen. Hier ist zum einen die in Vorführungen und Schulen anzutreffende Influenzmaschine zu nennen, die für Experimente hohe Spannung erzeugen kann. Das Prinzip ist nicht wie bei den Elektrisiermaschinen die Ladungstrennung durch Reibung, sondern eine Ladungstrennung, die auf dem Prinzip der Influenz beruht: Ein Metallgegenstand, der einem aufgeladenen Objekt gegenübersteht, zeigt ebenfalls Oberflächenladungen, die geeignet gesammelt werden müssen.
• Beim Bandgenerator, der nicht nur für Hochspannungsexperimente, sondern auch für den Betrieb von Teilchenbeschleunigern genutzt wird, wird die erzeugte Ladung auf einem isolierenden endlosen Band, das ständig umläuft, zu einer aufladbaren Kugel als Ladungssammler gebracht. Nach seinem Erfinder wird diese Maschine auch Van-de-Graaff-Generator genannt.