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In der Physik ist damit meist die elektrische, seltener die magnetische Influenz gemeint. Ausgelöst wird sie durch ein elektrisches – oder magnetisches – Feld und kann zur sogenannten Polarisation führen. Genutzt wird die Influenz beim Elektroskop. Wie ist denn nun die Influenz definiert und wie kannst Du sie Dir einfach erklären?
Influenz Physik
Bei der Influenz in der Physik geht es allgemein um den Einfluss elektrischer/magnetischer Felder auf bestimmte Materialien.
Influenz in der Physik bedeutet, dass ein elektrisches oder magnetisches Feld einen Einfluss auf nahe elektrische Ladungen bzw. Magneten zeigt.
So, wie Du etwa einen Magneten in die Nähe von Schrauben bringen kannst und diese auf das Magnetfeld reagieren und selbst zum Magneten werden, kannst Du das auch mit einer elektrischen Ladung (elektrisches Feld) auf eine andere elektrische Ladung tun. Die elektrische Influenz ist dabei sogar die Art, die bei der Verwendung des Wortes „Influenz“ oftmals gemeint ist.
Elektrische Influenz einfach erklärt
Stelle Dir vor, Du hast einen elektrischen Leiter. Im Leiter befinden sich frei bewegliche negativ geladene Elektronen um die positiven Atomrümpfe. Die Ladungen sind nah aneinander und gleichen somit einander aus. Jetzt bringst Du eine sehr starke positive elektrische Punktladung in die Nähe des Leiters.
Möchtest Du Dein Wissen zur Ladungsart oder zum elektrischen Leiter auffrischen? Die Erklärungen „Punktladung“ und „Leiter Physik“ zeigen Dir, was es damit auf sich hat.
Aufgrund dessen, dass sich verschiedene Ladungen gegenseitig anziehen, zieht die positive Punktladung auch die negativ geladenen Elektronen im Leiter an. Die festen, positiven Atomrümpfe können sich nicht bewegen. Im Leiter kommt es zur Ladungsverschiebung und er bildet somit Plus- und Minuspol aus.
Diese Interaktion ist die elektrische Influenz.
Elektrische Influenz Definition
Der Grund für elektrische Influenz ist nicht direkt eine (Punkt-)Ladung. Vielmehr ist deren elektrisches Feld der Auslöser, dass es zur Ladungsverschiebung in nahen Leitern kommt.
Die elektrische Influenz ist die Ladungsverschiebung innerhalb eines elektrisch leitfähigen Materials, hervorgerufen durch den Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes.
Anhand des elektrischen Feldes kannst Du Dir auch erklären, warum es zur Influenz kommt.
Elektrische Influenz elektrisches Feld
Betrachte wieder die Situation vom Anfang: Du hast einen einfachen elektrischen Leiter. Dort hast Du die positiven, festen Atomrümpfe und darum, gleichmäßig verteilt, negativ geladene Elektronen. Aufgrund der gleichmäßigen Verteilung gleich großer Ladungen herrscht kein elektrisches Feld.
Jetzt bringst Du den Leiter wieder in die Nähe einer stark elektrisch positiv geladenen Punktladung und es kommt zur elektrischen Influenz. Die Punktladung besitzt ein elektrisches Feld \(E_P\). Dieses elektrische Feld wirkt nun auf die Ladungsträger im Leiter: negative Elektronen werden angezogen, positive Atomrümpfe abgestoßen – weil sie fest sind, bewegen sie sich aber im Gegensatz zu den Elektronen nicht. Dadurch kommt die Ladungsverschiebung zustande.
Aufgrund der Ladungsverschiebung bildet sich auch im Inneren des Leiters ein weiteres elektrisches Feld \(E_L\). Nach einer kurzen Zeit gleichen sich die beiden elektrischen Felder aus. Würdest Du Dich jetzt im Inneren des Leiters befinden, würdest Du keine Auswirkungen der elektrischen Felder messen können, obwohl Du beiden Feldern ausgesetzt bist. Das liegt daran, dass ihre Wirkungen gleich stark, aber entgegengesetzt sind.
Dieses Prinzip findet Anwendung im sogenannten faradayschen Käfig. Darüber erfährst Du mehr in „Faradayscher Käfig“. Möchtest Du Dein Wissen über das elektrische Feld auffrischen? Auch dazu kannst Du Dich unter „Elektrisches Feld“ belesen.
Damit es zur Ladungsverschiebung und somit Influenz kommen kann, muss es eine Kraft geben, die auf die Ladungsträger wirkt. Diese Kraft heißt „Coulombkraft“, über die Du mehr in der entsprechenden Erklärung erfährst. Sie kann dabei so groß werden, dass sogar dünne, leichte Leiter bewegt werden können.
Elektrische Influenz Elektroskop
Ein Elektroskop wird zum Nachweis und der genäherten Messung elektrischer Ladungen verwendet. Die Influenz kann dabei genutzt werden, um extrem starke Ladungen nachzuweisen.
Der Aufbau eines Elektroskops besteht vereinfacht aus einem dünnen, drehbar gelagerten Metallzeiger am unteren Teil eines Metallstabs.
Bringst Du eine starke elektrische Ladung in die Nähe des oberen Endes des Metallstabs, kommt es zur Influenz. Die Elektronen in Metallstab und Metallzeiger verschieben sich entsprechend. Dadurch ist das untere Ende des Metallstabs und der Metallzeiger gleich geladen.
Gleiche Ladungen stoßen einander ab. Somit stoßen sich auch Stab und Zeiger ab. Je nachdem, wie weit der Zeiger dabei ausschlägt, kannst Du Rückschlüsse auf die Stärke der anfänglichen Ladung treffen.
Das ist nur ein seltener Fall dafür, wie das Gerät verwendet wird. Genaueres findest Du in der Erklärung zum „Elektroskop“.
Was aber, wenn Du keinen Leiter, sondern einen Nichtleiter verwendest?
Elektrische Influenz und Polarisation
Stelle Dir noch einmal das Anfangsbeispiel vor. Dieses Mal hast Du aber keinen Leiter, sondern eine wassergefüllte, verschlossene Röhre.
Wassermoleküle haben die besondere Eigenschaft, dass sie Dipole bilden. Das bedeutet, eine Seite des Wassermoleküls ist positiv, die andere negativ geladen. Die positiven und negativen Anteile sind aber fest aneinander gebunden und gleichen einander aus. Es gibt also keine freien Ladungsträger, wie vorher die Elektronen im Leiter.
Anfangs kannst Du Dir vorstellen, dass die Wassermoleküle ungerichtet sind. Jetzt bringst Du wieder eine starke negative Ladung in die Nähe der Röhre. Jetzt würde es zur Influenz kommen. Das Wasser besitzt in diesem Fall aber keine freien Ladungsträger, wodurch es nicht zur Ladungstrennung kommt. Ein anderes Phänomen tritt auf.
Aufgrund der elektrischen Anziehung bzw. Abstoßung richten sich die Wassermoleküle entsprechend der nahen Ladung aus. Die Moleküle zeigen somit etwa alle in die gleiche Richtung, aber bewegen sich nicht. Das nennst Du Polarisation.
Bei der Polarisation werden geladene Teilchen innerhalb eines Nichtleiters durch die Wirkung eines äußeren elektrischen Feldes gleichmäßig ausgerichtet.
Im Vergleich zum Normalfall der elektrischen Influenz, kommt es bei der Polarisation nicht zur Ladungstrennung oder Verschiebung, sondern lediglich zur Ausrichtung geladener Teilchen und Strukturen.
Besitzt der betrachtete Nichtleiter gewisse Eigenschaften und ist die elektrische Ladung stark genug, können dadurch Effekte wie die eines Magneten beobachtet werden (siehe Vertiefung).
Da alle Materialien – und entsprechend Nichtleiter – aus positiv geladenen Atomkernen und negativ geladenen Elektronen bestehen, kann die Polarisation jeden Stoff beeinflussen. Dieser Einfluss ist stark vom Stoff abhängig und wird in fast allen alltäglichen Situationen vernachlässigt.
Bei Stoffen, die aus Dipolen bestehen – wie Wasser – kann der Effekt der Polarisation so stark werden, dass die Stoffe aufgrund der Coulombkraft angezogen werden. Also so ähnlich, wie wenn ein Magnet auf ein magnetisierbares Material trifft, dieses ausrichtet und anzieht.
Das kannst Du beobachten, wenn Du einen geladenen Stab in die Nähe des Wasserstrahls hältst.
Obwohl es Ähnlichkeiten zum Magnetismus gibt, handelt es sich dabei aber nicht um die sogenannte „magnetische Influenz“, sondern immer noch um elektrische Influenz. Was aber ist die magnetische Influenz?
Magnetische Influenz
Im vorherigen Beispiel bei der Polarisation hast Du Wasser – einen Stoff aus elektrischen Dipolen – dem Feld einer starken elektrischen Ladung ausgesetzt. So ähnlich kannst Du das nun auch mit einem magnetisierbaren Material – etwa der Kühlschranktür – und einem Magneten tun.
Im Material der Kühlschranktür befinden sich kleine Magnete, die Du durch kleine Pfeile darstellen kannst. Diese kleinen Magnetpole sind aber zu schwach, um einander zu beeinflussen. Sie sind also zunächst ungerichtet. Ähnlich wie es bei den Wassermolekülen in der Röhre der Fall war.
Jetzt hältst Du einen Magneten an die Kühlschranktür und wirst merken, dass er an der Tür halten kann.
In der Kühlschranktür – also im magnetisierbaren Material – kommt es zur magnetischen Influenz.
Wird ein magnetisierbares Material durch ein äußeres Magnetfeld beeinflusst, richten sich die magnetischen Pole im Material entsprechend aus und bilden zusammen selbst einen Magneten. Dieser Vorgang heißt magnetische Influenz und wird in der Herstellung von Dauermagneten auch Magnetisierung genannt.
Mehr zur Herstellung von Dauermagneten, wie diese aufgebaut sind, was es mit den Materialien auf sich hat und wie Magnetisierung funktioniert, findest Du in der Erklärung „Dauermagnet“.
Die kleinen Magnete im Material der Tür richten sich entsprechend dem großen Magnet aus und bilden zusammen selbst einen Magneten. Aufgrund der magnetischen Wechselwirkung kann der Magnet an der Kühlschranktür hängen bleiben.
Dabei ist die Auswirkung der magnetischen – wie auch der elektrischen – Influenz meist nur so lang, wie auch der andere Magnet oder die elektrische Ladung in der Nähe ist.
Influenz – Das Wichtigste
- Influenz in der Physik bedeutet, dass ein elektrisches oder magnetisches Feld einen Einfluss auf nahe elektrische Ladungen oder Magneten zeigt.
- Die elektrische Influenz ist die Ladungsverschiebung innerhalb eines elektrisch leitfähigen Materials, hervorgerufen durch den Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes. Sie wird beim Elektroskop zum Nachweis starker elektrischer Ladungen genutzt.
- Bei der Polarisation werden geladene Teilchen innerhalb eines Nichtleiters durch ein äußeres elektrisches Feld gleichmäßig ausgerichtet.
- Der Auslöser für elektrische Influenz ist ein elektrisches Feld, das eine Coulombkraft auf nahe Ladungen wirkt und diese somit verschieben und ausrichten kann.
- Bei der magnetischen Influenz wird ein magnetisierbares Material durch ein äußeres Magnetfeld selbst zum Magneten, da sich die kleinen Magneten im Material entsprechend ausrichten.
Nachweise
- abi-physik.de: Influenz / dielektrische Polarisation. (25.10.2022)
- physikerboard.de: Influenz & Polarisation. (25.10.2022)
- physikunterricht-online.de: Magnetische Influenz. (25.10.2022)
- schule-bw.de: Influenz beim Elektroskop. (25.10.2022)
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Häufig gestellte Fragen zum Thema Influenz
Was ist Influenz und Polarisation?
Bei der elektrischen Influenz werden Ladungen innerhalb eines Leiters durch ein äußeres Magnetfeld verschoben. Bei elektrischer Polarisation werden die Ladungen nur ausgerichtet.
Wie kann man Ladung durch Influenz trennen?
Bei der Influenz wirkt ein elektrisches Feld auf Ladungen im Leiter. Sind diese Ladungen frei beweglich, werden sie automatisch durch das elektrische Feld getrennt.
Wie kann man etwas elektrisch aufladen?
Durch Influenz kannst Du Ladungen im Leiter verschieben. Teilst Du dann den Leiter, hast Du eine Seite mit vielen Elektronen (negativ geladene Seite) und die andere mit zu wenigen Elektronen (positiv geladene Seite).
Was ist die Ladungsverschiebung?
Bei der Ladungsverschiebung werden frei bewegliche Ladungsträger – meist Elektronen – innerhalb eines Leiters verschoben.
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