Es ist ein beliebtes Experiment im Physikunterricht: Eine Schülerin mit langem Haar reibt einen Luftballon an ihrem Kopf – und bald steht ihr der Haarschopf zu Berge. Das erheitert die Mitschüler und liefert dem Lehrer einen Ansatz, um das Prinzip von Anziehung und Abstoßung elektrischer Ladungen zu erklären. Bislang lautete diese Erklärung: Beim Kontakt zweier Körper aus elektrisch nicht leitenden Materialien trennen sich die Ladungsträger darin. Auf eine Oberfläche – etwa die des Ballons – wandern positive Ladungen und verteilen sich dort, während sich die Haare mit einer Schicht aus negativen Ladungen überziehen. Die gleichartig geladenen Haare stoßen sich ab – und ragen nach allen Richtungen. Welche Ladungen wohin fließen, hängt von den Materialeigenschaften ab.
Doch so einfach scheint die Erklärung nicht zu sein, wie ein Forscherteam um Bartosz Grzybowski von der Northwestern University in Evanston (USA) herausgefunden hat. Bereits vor einigen Monaten hatten die Wissenschaftler festgestellt, dass die sogenannte Kontaktelektrizität auch zwischen zwei Platten auftritt, die aus dem gleichen Werkstoff bestehen. Jetzt gelang es Grzybowski und seinen Mitarbeitern, die Vorgänge auf isolierenden Oberflächen experimentell zu beobachten. Dazu brachten die US-Forscher verschiedene Kunststoffe miteinander in Kontakt und nahmen danach die Oberflächen unter einem speziellen Mikroskop, das elektrische Ladungen sichtbar machen kann, ins Visier. Dabei offenbarte sich ein kompliziertes Mosaik aus elektrisch unterschiedlich geladenen Bereichen. Jede dieser Inseln war entweder positiv oder negativ geladen und nur ein paar Hundert Nanometer groß. Es waren also auf beiden Körpern beide Arten von elektrischen Ladungen vorhanden, wobei die eine oder andere Art überwog.
Durch spektroskopische Messungen stellten die Forscher außerdem fest, dass Moleküle der Materialien beim Kontakt zwischen den Oberflächen ausgetauscht wurden. Welchen Einfluss dieser Effekt auf die komplizierte Verteilung der elektrischen Ladungen nach dem Reiben hat, wollen Bartosz Grzybowski und sein Team nun herausfinden. Klar ist schon jetzt: Mit der bislang üblichen Erklärung der Physiklehrer zur Kontaktelektrizität werden sich pfiffige Schüler in Zukunft nicht mehr zufriedengeben.
Redaktion: Hans Groth, nachrichten@bild-der-wissenschaft.de
