Was ist ein Elektrophorus?
Ein Elektrophorus ist eine Form einer primitiven statischen elektrischen Ladungsbatterie oder eines primitiven elektrischen Ladungsgenerators, die ursprünglich von dem schwedischen Physiker Johan Wilcke im Jahr 1762 erfunden wurde. Die Funktion des Geräts ist jedoch so grundlegend, dass es aus einer Vielzahl gängiger Materialien hergestellt werden kann. Die bekannte politische Figur und Erfinderin im kolonialen Amerika, Benjamin Franklin, machte die Idee populär, indem er sie aus Holz, Schwefel, Wachs und Zinnmetall herstellte. Ein herkömmlicher Elektrophor besteht aus einer Isolierplatte, die üblicherweise aus Harz oder Kunststoff besteht und auf der eine leitende Metallplatte angeordnet ist. In der Mitte der Metallplatte ist ein weiteres Isoliermedium angebracht, beispielsweise ein Plastikbecher, der als Griff dient, um eine vorzeitige Entladung des Elektrophorus zu verhindern. Die statischen elektrischen Ladungen können durch physische Berührung der Metallplatte vom Gerät abgezogen werden, entweder durch kurzzeitiges Laden von Glühbirnen oder um andere Experimente durchzuführen.
Das Grundprinzip hinter dem Betrieb eines Elektrophorus ist der triboelektrische Effekt, der auch als gespeicherte statische Elektrizität bezeichnet wird. Die Isolierplatte wird zuerst mit einer statischen elektrischen Ladung aufgeladen, bevor ein Elektrophorus zusammengesetzt wird, indem er gegen andere Materialien wie Wolle gerieben wird, die durch den Vorgang der elektrostatischen Induktion eine elektrische Ladung in der Isolierplatte induzieren. Sobald die Isolierplatte und die leitende Platte zusammengelegt sind, trennt die statische Ladung im Isolator positive und negative Ladungen im Metallleiter. Positive Ladungen im Metall werden in Richtung der Isolierplatte abgezogen und negative Ladungen abgestoßen.
Die induzierte negative Ladung in der oberen Oberfläche der Metallplatte kann dann durch physischen Kontakt mit dem Metall entladen werden, wodurch ein Stromkreis durch den menschlichen Körper in den Boden geschlossen wird. Die Ladung ist häufig so stark, dass vor dem Kontakt ein harmloser Funke vom Metall zum Finger springt, oder die Zuleitungen einer kleinen Glühbirne können zwischen die beiden Oberflächen gelegt werden, um sie vorübergehend zu entzünden, wenn sich die Ladung auflöst. Bei großen Versionen von Elektrophorus leuchtet eine röhrenförmige Leuchtstofflampe vorübergehend auf, wenn ein Ende in einer Hand und das andere in der Nähe der geladenen Metallplatte gehalten wird.
Einer der einzigartigen Aspekte eines Elektrophorus, der ihn zu einer beliebten Demonstration elektrischer Prinzipien macht, besteht darin, dass die Isolierplatte ähnlich wie hochentwickelte Kondensatoren oder elektrische Speichereinheiten in üblichen elektronischen Schaltkreisen wirkt. Im Gegensatz zu typischen Kondensatoren enthält die Isolierplatte jedoch eine Ladung, die durch den Vorgang der statischen Entladung in der Metallplatte nicht erschöpft wird. Nachdem die polarisierte Energieentladung der Metallplatte stattgefunden hat, wird die Ladungstrennung im Metall wiederholt, wenn die Metallplatte aus der Nähe der Isolierplatte entfernt und dann wieder darauf gelegt wird, da der Isolator noch seine Ladung hält.
Dieser Prozess scheint die Idee der freien Energie zu demonstrieren, die aus dem Nichts kommt, da die statische Aufladung kontinuierlich erneuert und entladen wird, unabhängig davon, wie oft die Metallplatte entfernt und dann wieder auf die Isolierplatte gelegt wird. In der Realität wird Energie gespart, da die Arbeit, die Metallplatte physisch wegzubewegen und dann zu ersetzen, potentielle Energie in das Elektrophorussystem einbringt, die dann in kinetische Energie umgewandelt wird, wenn eine Entladung oder ein Funke stattfindet. Große Versionen von Elektrophorus sind als Van-de-Graaf-Generatoren bekannt, die elektrostatische Spannungen im Bereich von bis zu 2.000.000 Volt erzeugen können, wie sie etwa der US-amerikanische Physiker Dr. Robert Van de Graaf Anfang der 1930er Jahre selbst geschaffen hat.