Vgl. auch Versuche mit Leuchtdioden

Das elektronische Elektroskop beruht auf einem als Integrator geschalteten Operationsverstärker mit extrem hohen Eingangswiderstand. Anders als Ladungsmesser, bei denen die Ladespannung eines Messkondensators gemessen wird - in der Regel muss man also eine Parallelschaltung von Messkondensator und Ladung tragenden Kondensator berücksichtigen - , führen alle dem Integrator angebotenen Ladungen zu einer proportionalen Anzeige. Das Elektroskop (Ladungsmesser) wird mit einer 9V-Batterie betrieben. Es kann zu qualitativen Versuchen eingesetzt werden, wenn die Farbe das Ladungsvorzeichen und ihre Leuchtstärke die Ladungsmenge anzeigt, oder quantitativ mittels des Messausgangs. In der Grundausstattung entspricht 1 V der Anzeige 10 nC. Die angezeigte Spannung kann sich also je nach Vorzeichen und Größe der Ladung nur zwischen - 4,5 V und 4,5 V ändern. Auf den Ladungsmessereingang ist hier ein primitiver "Ladungsbecher" aufgesteckt. Ein Influenzversuch an einer mit 5 kV geladenen Kugel, die der Becher umfängt, ermöglicht die Bestimmung des Ladungsvorzeichens über den Messausgang, führt aber gerade noch nicht zum Aufleuchten der LEDs. In der Abbildung wird eine geriebene Folie in die Nähe des Ladungsbechers gebracht. Bereits ohne Berührung zeigt das elektronische Elektroskop die negative Ladung (grüne LED) an.

1. Versuch:

Überprüfung der Funktion des Ladungsmessers (1): Ladungen werden mit einem Ladungslöffel (evtl. Schraubenzieher mit Isoliergriff) von frisch gewaschenen Haaren "abgekratzt". Wenn jedesmal die gleiche Ladungsmenge abgekratzt wird, sollte die Gesamtladung ein ganzzahliges Vielfaches der Einzelladung sein. Auch die Anzeige zeigt grob ein solches Vielfaches. (In der Graphik war der Ladungsmesser vor dem Messen nicht richtig auf 0 gestellt.)

2. Versuch:

Überprüfung der Funktion des Ladungsmessers (2):

Es fließt ein kleiner konstanter Strom I (Mikroampere) in den Ladungsmesser. Weil Q = I.t sollte die Anzeige linear mit der Zeit wachsen. Bei doppelter Stromstärke sollte dieselbe Anzeige in der halben Zeit erreicht sein.  (Der Versuch wird nach einem kleinen Umbau möglich, wenn der Ladungsmesser deutlich unempfindlicher gemacht ist.)

3. Versuch:

Es gibt zwei verschiedene Sorten von Ladungen:

		Wenn man Glück hat, sind beide geriebenen Folien, A und B, zusammen neutral.
		Die beiden Folien A und B sind unterschiedlich geladen. Die LEDs leuchten schon auf, wenn die Folien in die Nähe des Ladungsbechers kommen (Influenz!).

Zwei Folien, A und B, vom Tageslichtprojektor werden aufeinander gelegt und mit der trockenen Hand glatt gestrichen. Sie laden sich dabei unterschiedlich auf. Bringt man eine Folie nach der anderen in die Nähe eines aufgesteckten "Ladungsbechers", leuchten unterschiedliche LEDs auf. Wenn man Glück hat (hängt vom Material der darunterliegenden Tischplatte ab), sind die beiden noch aufeinander liegenden Folien insgesamt neutral.

4. Versuch:

Analog wie oben, Fernseher als Ladungsquelle:

Nähert man sich der Bildröhre eines eingeschalteten Fernsehers, leuchtet eine LED auf. Sie zeigt positive (!) Ladung an.	Entlädt man das Elektroskop (Drucktaster) im Feld, erlischt die LED. Die negativen Ladungen im Ladungsbecher bleiben erhalten. Entfernt man das Elektroskop dann aber aus dem Feld leuchtet die andere LED auf und zeigt die negative (!) Ladung  im Ladungsbecher an.

Nähert man sich der Bildröhre eines kürzlich ausgeschalteten Fernsehers, leuchtet die grüne LED auf und zeigt negative Ladung an. (Konstruktionsbedingt hat die Anzeige am Messausgang  immer falsches Vorzeichen.)	Entlädt man das Elektroskop (Drucktaster) im Feld, erlischt die LED. Die positiven Ladungen im Ladungsbecher bleiben erhalten. Entfernt man das Elektroskop dann aber aus dem Feld leuchtet die andere LED auf und zeigt positive (!) Ladung an.

Die Erklärung ist komplizierter; vielleicht  findet jemand eine bessere:

Wenn die negativen Elektronen aus der Elektronenkanone auf den Bildschirm prallen, laden sie diesen zwar negativ auf, aber lagern außen positive Ladungen an (ionisierende Wirkung der entstehenden Röntgenstrahlung?). Da diese näher am Elektroskop sind, zeigt dieses im ersten Teil des Versuchs positive Ladungen an.

Bei ausgeschaltetem  Fernseher sind die positiven Außenladungen abgeflossen, neutralisiert bzw.  rekombiniert. Auf der Innenseite sind negative Ladungen verblieben, die mit dem Elektroskop nachgewiesen werden. Das wird bestätigt durch die Tatsache, dass jetzt der Ladungsmesser nur auf Influenzladungen reagiert, dass er nicht dauerhaft geladen werden kann wie bei laufendem Fernseher.

5. Versuch:

Alle Influenzversuche, die üblicherweise mit einem mechanischen Elektroskop durchgeführt werden, also z.B.

• Ladungslöffeln,
• Feld in der Nähe von Spitzen und Kanten,
• Ladungstrennung in Plattenpaaren
• keine Ladungen im Inneren eines Ladungsbechers, sondern ausschließlich auf der Außenhaut

6. Versuch:

Sind es gleichnamige Ladungen, die sich abstoßen?

Zwei Luftballons werden an den Haaren einer Person gerieben. Sie stoßen sich dann heftig voneinander ab (und werden von der Person angezogen). Der Ladungsmesser zeigt gleiches (negatives) Ladungsvorzeichen an.

7. Versuch:

Eigenschaften eines Plattenkondensators: C prop. A und C prop. 1/d

Der Ladungsmesser ist so konstruiert, dass eine Anzeige von 1 V einer Ladungsmenge Q = 10 nC entspricht. Messungen an Kondensatoren erfordern also Kapazitäten in der Größenordnung von 10 nF und nicht von pF wie beim großen Experimentierkondensator. Dazu sind Folienkondensatoren geeignet, die aus Alu-Folie mit selbstklebender Beschichtung und Folien unterschiedlicher Stärke vom Tageslichtprojektor hergestellt werden. Das Dielektrikum sollte gleiche Dielektrizitätskonstante habe; das ist nicht in jedem Fall erfüllt. Deswegen wurde vorher vom Lehrer eine "effektive Dicke" d festgestellt. Der Zweck heiligt die Mittel. Die Abbildungen zeigen die Ergebnisse. Die Folienkondensatoren werden mit 4,5 V aus dem Ladungsmesser geladen. Man misst die Kapazität durch die proportionale Ladung bei der konstanten Ladespannung 4,5 V.

geänderte Auftragung der Messwerte des vorletzten Bildes zur Dickenabhängigkeit

Literatur:

Horst Hübel, Leuchtdioden: annähernd monochromatissche Lichtquellen für physikalische Schülerversuche zur Gitterbeugung und zum Planckschen Wirkungsquant, Praxis der Naturwissenschaften - Physik, 31, Heft 3, 77 - 84 , 1982