Küchenexperimente - Wasser verbiegen

Küchenexperimente - Wasser verbiegen

Von Sascha Ott

Eigentlich kennt ein Wasserstrahl nur einen Weg: Senkrecht hinab auf die Erde. Es sei denn, ein geladener Kamm wirft ihn aus der Bahn.

Wir spüren es, wenn wir über den neuen Teppich schlurfen, wenn wir im Kaufhaus auf der Rolltreppe stehen oder auch wenn wir uns abends den dicken Wollpullover ausziehen: Winterzeit ist Elektrostatikzeit. Überall knistert es, die Haare stehen zu Berge und manchmal bekommen wir richtiggehend „einen gewischt“. Die trockene Luft und die dicken Wollklamotten sorgen dafür, dass sich Gegenstände unangenehm aufladen. Dieses Experiment zeigt, zu welch erstaunlichen Kunststücken die Kraft des elektrischen Knisterns fähig ist.

DER VERSUCH

Dieses Experiment kann man im Grunde an jedem Wasserstrahl ausprobieren, der sich fein genug einstellen lässt. Denkbar wäre es zum Beispiel auch ganz einfach am Wasserhahn. Da der Strahl aus dem Hahn aber schnell zu einzelnen Tröpfchen wird, wenn man den Hahn nicht weit genug aufdreht, finde ich die Bechervariante praktischer. Ich brauche dafür

  • einen normalen Papp- oder Plastiktrinkbecher;
  • eine Schüssel mit Wasser;
  • einen Plastikkamm;
  • einen Wollpullover oder frisch gewaschene, aber trockene Haare ohne Haargel o.ä.

Zunächst steche ich ein winziges Loch in den Boden des Bechers, gerade groß genug, dass ein kontinuierlicher Strahl herausläuft, wenn ich den Becher mit Wasser fülle. Je dünner der Strahl ist, desto besser funktioniert das Experiment. Dann fülle ich den Becher mit Wasser halte aber unten das Loch noch zu. Mit der anderen Hand nehme ich den Kamm und reibe ihn kräftig an meinem Pullover oder kämme damit gründlich durch die Haare. Jetzt geht´s los: Ich gebe das Loch im Becherboden frei. Ein feiner Strahl Wasserstrahl läuft heraus. Dann nähere ich den Kamm langsam dem Wasserstahl, am besten ganz oben, dicht an der Stelle, an der das Wasser aus dem Becher kommt.

DAS ERGEBNIS

Das Wasser macht die Biege. Wie von unsichtbarer Hand gezogen, wird der Strahl deutlich aus seiner senkrechten Fallrichtung gelenkt und läuft nicht mehr gerade nach unten, sondern beschreibt einen geschwungenen Bogen. Und je näher ich mit dem Kann an den Wasserstrahl herangehe desto stärker wird die Biegung. Aber wenn dann die ersten Tröpfchen Wasser den Kamm berühren – ist der Spaß vorbei und das Wasser fällt wieder senkrecht in die Tiefe.

DIE ERKLÄRUNG

Wenn ich den Kamm am Wollpullover reibe, dann gibt die Wolle Ladungsträger, Elektronen ab. Der Kamm wird elektrostatisch negativ aufgeladen. Wolle und Haare haben eine relativ große Neigung, Elektronen abzugeben, wie zum Beispiel auch Tierfell oder Nylon. Andere Stoffe neigen eher dazu, beim Aneinanderreiben Ladungsträger von anderen Stoffen abzuziehen. Dazu gehören zum Beispiel viele Kunststoffe wie Polyester oder PVC.

In der Physik ordnet man in der sogenannten Triboelektrischen Reihe viele Stoffe nach ihrer Neigung Elektronen abzugeben. Nahe am „Plus“ heißt, guter Elektronenspender, nahe am „Minus“ heißt guter Elektronenaufnehmer. Hier ein Beispiel für eine solche Triboelektrische Reihe:

"Plus": Asbest / Kaninchenfell / Glas / menschliches Haar / Nylon / Wolle / Pelz / Blei / Seide / Aluminium / Papier / Baumwolle / Stahl / Holz / Bernstein / Hartgummi / Nickel / Kupfer / Messing / Silber / Gold / Platin / Schwefel / Polyester / Polyethylen / PVC / Silizium / Teflon - "Minus"

Der Kamm ist nach dem Reiben also leicht negativ aufgeladen. Und diese negative Ladung trifft nun auf eine Besonderheit des Wassers: Wasser ist zwar insgesamt elektrisch neutral. Aber die einzelnen Wassermoleküle zeigen ein Ladungsungleichgewicht: Wasser („H2O“) besteht bekanntlich aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Die Bindungselektronen kann man sich zwischen Wasserstoff und Sauerstoff leicht in Richtung Sauerstoff „verschoben“ vorstellen. Dadurch ist die Wasserstoffseite des Moleküls leicht positiv, die Sauerstoff-Seite leicht negativ geladen. Das Wassermolekül bildet einen sogenannten Dipol, ähnlich wie ein Stabmagnet.

Wenn ich jetzt den negativen Kamm an das Wasser halte, dreht die Kammladung die Wassermoleküle so, dass die positive Seite der Moleküle zum Kamm zeigen. Dadurch sind die positiven Seiten näher am Kamm als die negativen, sodaß insgesamt die anziehende Wirkung des negativen Kamms auf die positiven Seiten des Wasser größer ist als die abstoßende Wirkung auf die negativen Seiten der Wassermoleküle. Der Wasserstrahl wird in Richtung abgelenkt.

Bei der Annäherung mit dem Kamm an den Wasserstrahl kann man auch deutlich beobachten, dass die Wirkung der elektrischen Kraft stark vom Abstand abhängt, man sagt „mit dem Quadrat des Abstands abnimmt“. Denn die Wirkung des Kamms auf den Wasserstrahl ist zunächst sehr schwach, nimmt aber dann in wenigen Zentimetern Entfernung immer rascher zu. Erst wenn der Kamm den Wasserstrahl berührt, gleichen sich die Ladungen aus und der Effekt verschwindet.

FAZIT

Elektrostatik kann faszinierende Tricks, ist im Alltag jedoch eher nervig. Weil Feuchtigkeit die Ladungen schnell abfließen lässt, knistert es immerhin nur, solange Luft und Klamotten trocken sind. Noch ein Grund also, sich endlich Schnee zu wünschen.

Redaktion:
Peter Ehmer

Stand: 23.01.2014, 16:05