Influenz

Influenz heißt: Ein äußeres elektrisches Feld verschiebt die frei beweglichen Elektronen in einem Leiter, ohne ihn zu berühren. Das Phänomen steckte schon hinter mehreren früheren Beobachtungen (Schnipsel-Anziehung, Elektroskop-Ausschlag beim Annähern); jetzt wird es selbst untersucht, mit dem Versuch, der die verschobenen Ladungen einzeln einfängt und getrennt nachweist.

Influenz erklärt, warum Neutrales angezogen wird, wie Abschirmung funktioniert und wie berührungsloses Laden möglich ist: Sie ist der Schlüsselmechanismus zwischen Ladung und Leiter. Der Doppelkugel-Versuch ist zudem ein Musterbeispiel sauberer Beweisführung: Er trennt die verschobenen Ladungen räumlich, bevor die Ursache entfernt wird, und macht damit eine unsichtbare Verschiebung dauerhaft nachweisbar.

Influenzmaschinen (etwa die von Wimshurst, um 1880) erzeugten über genau diesen Mechanismus hohe Spannungen für Labor und Medizin, lange bevor es Netzgeräte gab; der Doppelkugel-Versuch destilliert ihr Prinzip auf das Wesentliche.

Stelle beide Kugeln in Kontakt, nähere den geriebenen PVC-Stab der einen Kugel, trenne die Kugeln bei anwesendem Stab und prüfe dann beide am Elektroskop (Ladung vorhanden? welches Vorzeichen?). Wiederhole den Versuch mit vertauschter Reihenfolge (erst Stab entfernen, dann trennen).

Die Vorhersagen des Influenz-Modells: Der negative Stab stößt die frei beweglichen Elektronen im Kugelpaar ab; sie sammeln sich auf der stabfernen Kugel. Also: stabnahe Kugel positiv (Elektronenmangel), stabferne negativ (Überschuss), Gesamtladung null.

Daraus folgen zwei scharfe Tests: (a) Trennt man die Kugeln im Feld, sind hinterher beide geladen, mit entgegengesetzten Vorzeichen. (b) Entfernt man den Stab vor dem Trennen, gleichen sich die Ladungen im noch verbundenen Leiter wieder aus: Beide Kugeln müssen neutral bleiben. Test (b) ist die eigentliche Beweislast: Er schließt aus, dass die Kugeln irgendwie direkt vom Stab geladen wurden (etwa durch Funken oder Berührung), denn daran würde die Reihenfolge nichts ändern.

Der Grundbestand; die Isolierstiele müssen trocken und sauber sein, sonst fließen die Influenzladungen während des Hantierens ab.

Dreiteilige Bildfolge: (1) Kugeln in Kontakt, Stab genähert, verschobene Ladungen eingezeichnet; (2) Kugeln getrennt, Stab noch da; (3) Stab entfernt, getrennte Ladungen konserviert.

Aufbau: zwei gleiche Metallkugeln auf Isolierstielen, in Berührung nebeneinander aufgestellt; geriebener PVC-Stab als Feldquelle; Elektroskop und Referenzstäbe für den anschließenden Ladungsnachweis.

Schritt 1: Beide Kugeln entladen (mit der Hand berühren), in Kontakt stellen.

Schritt 2: Geriebenen PVC-Stab dicht an eine Kugel bringen (nicht berühren!).

Schritt 3: Bei anwesendem Stab die Kugeln an den Isolierstielen auseinanderziehen. Dann erst den Stab entfernen.

Schritt 4: Jede Kugel einzeln ans Elektroskop: Ausschlag? Danach Vorzeichentest (Annähern des geladenen PVC- bzw. Glasstabs an das geladene Elektroskop).

Schritt 5 (Kontrolle): Alles entladen und wiederholen, diesmal Stab vor dem Trennen entfernen. Beide Kugeln prüfen.

Beide Vorhersagen treffen ein. Im Hauptversuch tragen die Kugeln entgegengesetzte Ladungen: Die stabnahe positiv, die ferne negativ, genau die Verteilung, die das Feld des negativen Stabs in einem Leiter erzeugen muss. Die Kontrolle liefert das entscheidende Gegenstück: Ohne räumliche Trennung im Feld bleibt nichts zurück, die Verschiebung war also reversibel und der Stab hat nie Ladung übertragen.

Damit ist gezeigt: Ein elektrisches Feld verschiebt Ladungen in Leitern, ohne Kontakt und ohne Ladungsübertrag. Der Leiter antwortet auf das Feld mit einer Ladungsanordnung, die das Feld in seinem Inneren gerade aufhebt, die Brücke zum nächsten Experiment (Abschirmung im Faradayschen Käfig).

Ein äußeres Feld trennt im Leiter die Ladungen: nachweisbar, mit vorhersagbaren Vorzeichen, und nur konservierbar, wenn der Leiter im Feld geteilt wird. Influenz ist Ladungsverschiebung ohne Ladungsübertrag.

Der Versuch steht und fällt mit sauberer Isolation und sauberer Reihenfolge: