1 Elektrische ladingen

Voor lange tijd dacht men dat lading en materie los van elkaar stonden. Ondertussen weet men dat lading ingebakken is in materie. Materie bestaat namelijk uit atomen, deze bestaan op hun beurt uit een kern waarrond elektronen bewegen. De kern bestaat dan weer uit één of meerdere protonen en neutronen. Elk van die protonen en neutronen bevatten drie quarks.

Een proton is positief geladen en heeft een lading van +1,60 ⋅ 10–19 C. Dit wordt ook wel de elementaire lading +e genoemd.

Een elektron is negatief geladen en heeft een lading gelijk aan –e. De lading van het elektron is dus even groot, maar tegengesteld aan de lading van het proton.

e wordt de elementaire lading genoemd. De lading van andere deeltjes is altijd een geheel veelvoud van deze elementaire lading. Enkel de quarks voldoen niet aan deze regel, hun lading is 1 3 e of + 2 3 e .

Het neutron is elektrisch neutraal en heeft dus geen lading.

Wat de massa betreft, zijn het proton en neutron beduidend zwaarder dan het elektron. Het is wel opvallend dat het proton en het neutron ongeveer dezelfde massa hebben, al is het neutron net iets zwaarder.

We definiëren de grootheid lading dan als volgt:

Lading is een fundamentele eigenschap van de deeltjes waaruit materie is opgebouwd.

Ladingen zitten ingebakken in materie. Ze kunnen dus niet zomaar ontstaan of gemaakt worden.

De SI-eenheid van lading is coulomb (c). Deze eenheid is vernoemd naar Charles-Augustin de Coulomb (1736 – 1806), een Franse natuurkundige die zich bezighield met elektriciteit en magnetisme. Ook de wet van Coulomb is naar hem vernoemd.

De eenheid coulomb is een grote eenheid. Een lading wordt daarom meestal uitgedrukt in mC (millicoulomb), μC (microcoulomb), nC (nanocoulomb) …

Er zijn twee soorten elektrische ladingen: positieve en negatieve ladingen.

Het proton heeft lading +e; het elektron heeft lading –e.

1.1 Het tribo-elektrisch effect

Proef

Wrijf over een glasstaaf met papier. Wrijf over een ballon met wol. Hou vervolgens de glasstaaf in de buurt van de ballon. Wat neem je waar? Noteer.

Wrijf over een pvc-staaf met wol. Wrijf over een ballon met wol. Hou vervolgens de pvc-staaf in de buurt van de ballon. Wat neem je waar? Noteer.

Een glasstaaf, opgeladen door wrijving met papier, trekt een ballon, opgeladen door wrijving met wol, aan.

Een pvc-staaf, opgeladen door wrijving met wol, stoot een ballon, opgeladen door wrijving met wol, af.

Door wrijving kunnen voorwerpen die eerst neutraal waren een lading krijgen. Zo wordt glas, nadat het opgewreven werd met papier, positief geladen. Pvc wordt dan weer negatief geladen als deze met wol opgewreven wordt. Dit lijkt misschien hocus pocus, maar dat is het helemaal niet. Wat er gebeurt, is heel simpel: door te wrijven worden van het ene voorwerp elektronen afgewreven die dan op het andere voorwerp komen te zitten. Zo wordt het ene voorwerp positief geladen en het andere negatief.

Als we glas opwrijven met papier, komen elektronen van het glas op het papier terecht. Het glas wordt positief (er is namelijk een tekort aan elektronen) en het papier wordt negatief (er is namelijk een overschot aan elektronen).

Als we pvc opwrijven met wol, komen elektronen van de wol op de pvc-staaf terecht. Het pvc wordt negatief (er is namelijk een overschot aan elektronen) en de wol wordt positief (er is namelijk een tekort aan elektronen).

Om te weten welk voorwerp negatief en welk voorwerp positief geladen wordt, maken we gebruik van de tribo-elektrische reeks.

De tribo-elektrische reeks

POSITIEF

(door het verlies van elektronen) handen asbest acetaat glas mica nylon wol lood zijde aluminium papier polyurethaan katoen linnen, ijzergaren leder staal hout perspex plexiglas hard rubber acetaat vezels epoxy glas nikkel, koper, zilver brons, messing, roestvast staal synthetisch rubber goud, platina acryl zwavel rayon polyester polyethyleen polypropyleen pvc siliconen

PTFE silicone rubber

NEGATIEF

(door het opnemen van elektronen)

Als we twee materialen uit de reeks tegen elkaar wrijven, wordt het bovenste materiaal positief geladen en het onderste negatief geladen. Hoe verder de materialen uit elkaar liggen, hoe gemakkelijker de ladingsoverdracht.