1 Elektricitet

folie glas

folie

Figur 5.1. Leydnerflasken indeholder luft. Den indvendige folie er forbundet via en metalkæde til en metalstang i toppen af flasken, hvorfra den kan tilføres elektrisk ladning.

Elektrostatisk kraft: Den elektriske kraft, der skyldes kraften fra elektriske ladninger, der ikke er i bevægelse (statiske).

Figur 5.2. Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806) var en fransk militæringeniør og fysiker, der bl.a. arbejdede med elektrostatik og gnidning.

Elektrisk ladning og elektrisk strøm

Allerede i antikken, omkring 600 f.v.t., opdagede grækerne, at rav kunne tiltrække hår og tørt strå, hvis man gned på det med et skind. Det var statisk elektricitet, de havde opdaget.

I 1700-tallet eksperimenterede flere fysikere med statisk elektricitet og fandt ud af, hvilke stoffer der var gode ledere, og hvilke der var dårlige, men endnu var man kun i stand til at skabe elektricitet ved at gnide to materialer mod hinanden.

Opfindelsen af leydnerflasken i 1745 gjorde det muligt at lagre elektrisk ladning (med modsatte fortegn) på både inder- og ydersiden af flasken. Den var en tidlig form for en kapacitor, det vil sige en elektrisk komponent, der kan opbevare elektrisk energi bundet til ladninger. I modsætning til et batteri, der kan levere en vedvarende strøm af ladninger, kan leydnerflasken blot oplades med statisk elektricitet, som senere kan aflades. Den kunne altså ikke anvendes som strømkilde.

Ved at eksperimentere med leydnerflasken opdagede Benjamin Franklin (1706-1790), at elektriciteten strømmede som en væske, og han indførte betegnelserne negativ og positiv ladning. (Om elektriske ladninger, se også BasisFysik B, kapitel 13).

Leydnerflasken var et fremskridt i undersøgelsen af elektrisk ladning, men det var endnu ikke muligt at opbygge elektriske kredsløb med den. I 1784 lykkedes det imidlertid for Charles-Augustin de Coulomb at påvise, at den elektrostatiske kraft mellem to punktladninger aftog med kvadratet på afstanden imellem dem.

I år 1800 opdagede den italienske fysiker Alessandro Volta (17451827), at elektricitet kunne dannes gennem kemiske processer. Han konstruerede en såkaldt voltasøjle – et primitivt batteri, men dog en stabil strømkilde. Voltasøjlen blev hurtigt anvendt til at undersøge elektriske gnister, som fx i jakobsstigen (se figur 5.3 på næste side). Jakobsstigen blev et af de første spæde skridt hen imod at skabe en elektrisk lyskilde. Gnisterne kan sammenlignes med små lyn, der leder strøm gennem luften.

Efter samme princip som jakobsstigen blev der i 1815 konstrueret en kulbuelampe (se figur 5.4), hvor der springer en elektrisk strøm mellem spidserne på to grafitstave. I processen frigøres kulstof, som brænder i en lysende bue – deraf navnet kulbuelampe.

De to anvendelser af elektrisk strøm, som åbenbart kan ledes gennem luft, antyder, at ladningerne kan mærke hinanden på afstand på

Figur 5.3. En jakobsstige er opbygget af to ledende metaltråde, som buer væk fra hinanden. Når strømmen tilsluttes, dannes en gnist mellem trådene i bunden, hvorefter gnisten bevæger sig opad. Figur 5.4. I en kulbuelampe opstår lyset mellem spidserne på to grafitstave. Kulbuelampen kaldes også en davylampe efter den engelske kemiker sir Humphry Davy (1778-1829), som konstruerede den.

samme måde som masser, der tiltrækkes mod hinanden på store afstande.

Siden antikken har man kendt til særlige magnetiske sten, som kan tiltrække jern. Magneter kan både være tiltrækkende og frastødende på grund af deres modsatte poler (nord og syd). Det vender vi tilbage til i kapitel 6.

Opdagelsen i 1780'erne af, at både den elektriske og magnetiske kraft opfyldte afstandskvadratloven, samt fjernvirkningen mellem elektriske ladninger ledte omkring år 1800 fysikerne til at søge efter flere analogier. Det var ud fra disse generelle erkendelser, man fandt frem til, at et elektrisk felt er analogt til et tyngdefelt.

TÆNK EFTER 1

a) I en jakobsstige dannes en gnist mellem to elektroder, der er sat i en vinkel, se figur 5.3. Kan du forklare, hvorfor gnisten dannes i bunden af stigen? (Tip: Hvor er feltet størst?) b) Hvis man lader spændingskilden være tilsluttet til jakobsstigen, bevæger gnisten sig opad. Kan du forklare, hvorfor den gør det?