Samenvatting · Natuurkunde · havo 2 Statische elektriciteit: lading, aantrekken en afstoten

Een ballon die na wrijven aan de muur blijft hangen, haren die rechtop gaan staan bij het uittrekken van een trui en de bliksem bij onweer: dat alles komt door elektrische lading. Na deze samenvatting weet je hoe voorwerpen geladen raken, hoe geladen voorwerpen op elkaar werken en hoe bliksem ontstaat.

Atomen en lading

Alle stoffen bestaan uit atomen. In een atoom zitten drie soorten deeltjes:

Een gewoon voorwerp is neutraal: het heeft evenveel protonen als elektronen, dus de plus- en minladingen heffen elkaar op.

Een voorwerp wordt geladen als er elektronen bijkomen of weggaan. De protonen zitten vast in de kernen en verplaatsen niet.

• Heeft een voorwerp te veel elektronen, dan is het negatief geladen.
• Heeft een voorwerp te weinig elektronen, dan is het positief geladen.

Opladen door wrijving

Wrijf je twee verschillende stoffen tegen elkaar, bijvoorbeeld een ballon langs je haar, dan gaan er elektronen van de ene stof naar de andere. De ene stof krijgt een tekort aan elektronen en wordt positief, de andere krijgt een overschot en wordt negatief. Er ontstaat dus geen lading uit het niets: het is alleen verplaatst. De totale lading blijft gelijk.

Aantrekken en afstoten

Geladen voorwerpen oefenen kracht op elkaar uit:

• Gelijke ladingen stoten af (+ en +, of - en -).
• Ongelijke ladingen trekken aan (+ en -).

Die kracht is groter als de lading groter is en als de afstand kleiner is.

Een geladen voorwerp trekt ook een neutraal voorwerp aan. Een negatieve ballon bij een neutrale muur duwt de elektronen in de muur een klein stukje weg. Dichtbij de ballon ontstaat zo een klein tekort aan elektronen (een positieve kant), en die wordt door de ballon aangetrokken. Daarom blijft de ballon plakken. Om dezelfde reden trekt een geladen liniaal papiersnippers aan.

Geleiders en isolatoren

• In een geleider (metaal) kunnen elektronen vrij bewegen. Lading verspreidt zich snel over het hele voorwerp en loopt weg als je het aanraakt.
• In een isolator (plastic, glas, rubber, droge lucht) kunnen elektronen niet vrij bewegen. Lading blijft op de plek waar ze is.

Daarom raken isolatoren zoals ballonnen en kunststof gemakkelijk statisch geladen: de lading kan nergens heen.

Aarden

Als je een geladen geleider met de aarde verbindt, stromen elektronen weg of aan en wordt het voorwerp weer neutraal. Dit heet aarden. Je lichaam en de aarde zijn zo groot dat ze de lading gemakkelijk opnemen.

Aarden wordt in de praktijk veel gebruikt:

• Brandstoftanks en tankwagens worden geaard, zodat er geen vonk ontstaat die brandstofdamp kan doen ontbranden.
• Apparaten met een metalen behuizing hebben een aardingsdraad (de aardpin in het stopcontact), zodat er geen gevaarlijke spanning op de behuizing kan komen.

Bliksem

In een onweerswolk wrijven ijsdeeltjes en waterdruppels langs elkaar. Daardoor raakt de onderkant van de wolk negatief geladen en de aarde eronder positief. Als de lading groot genoeg is, springt er een enorme vonk over: de bliksem. Er verplaatsen dan in korte tijd veel elektronen.

De donder is het geluid van de hete lucht die door de bliksem explosief uitzet. Licht reist veel sneller dan geluid, dus je ziet de bliksem eerder dan je de donder hoort.

Een bliksemafleider is een metalen stang op een gebouw, via een dikke draad met de aarde verbonden. De bliksem slaat daar in en de lading stroomt veilig naar de grond, niet door het gebouw.

Veiligheid bij onweer:

• Ga naar binnen, in een gebouw of in een auto met een gesloten metalen carrosserie.
• Blijf uit de buurt van losstaande bomen en uit open water.
• Ga niet op een open veld staan, want daar ben jij het hoogste punt.

Let op

• Alleen elektronen verplaatsen. Protonen blijven op hun plek.
• Een negatief voorwerp heeft meer elektronen dan protonen, geen "extra protonen".
• Gelijke ladingen stoten af, ongelijke ladingen trekken aan.
• Een geladen voorwerp trekt een neutraal voorwerp ook aan, doordat de lading in dat voorwerp een klein beetje verschuift.

In het kort

• Een voorwerp is geladen door een overschot (negatief) of tekort (positief) aan elektronen.
• Wrijving verplaatst elektronen van het ene voorwerp naar het andere.
• Gelijke ladingen stoten af, ongelijke trekken aan.
• Geleiders laten lading vrij bewegen, isolatoren niet.
• Aarden maakt een geladen voorwerp neutraal; bliksem is een enorme ontlading.