Elektrostatica
1. LADINGEN
1.1 Lading in materie
Elementaire lading
De elementaire lading is de grootte van de lading van een elektron of een proton. e =
1,60 * 10-19 C
De lading is negatief voor een elektron (e -) en positief voor een proton (e). Bij
berekeningen waarbij de elementaire lading de noemer is, gebruiken we steeds de
positieve / absolute waarde van de lading. Lading komt altijd voor als een veelvoud van
de elementaire lading: lading is een gekwantiseerde grootheid. Gelijksoortige ladingen,
- en -, + en +, stoten elkaar af. Ongelijksoortige ladingen trekken elkaar aan. Het aantal
Q
elektronen bereken je door: ¿ e−¿= e ¿ waarbij Q = totale lading en e = 1,60 * 10-19 C
Geleiders en isolatoren
Je kunt geen ladingen bijmaken of vernietigen. Voorwerpen worden geladen als
elektronen overgaan van het ene voorwerp naar het andere. Als elektronen niet meer
gebonden zijn aan een atoom, zijn het vrije elektronen. Alleen elektronen kunnen
loskomen van een atoom zonder dat de eigenschappen van het atoom drastisch
veranderen. Protonen en neutronen zitten vast in de kern. Als een elektron loskomt uit
een atoom, blijft een positief geladen ion achter. Dat noem je ionisatie.
Bij atomen met weinig valentie-elektronen komen die elektronen gemakkelijk los van
het atoom. Die stoffen hebben dan veel vrije elektronen. Ze geleiden gemakkelijk de
elektrische stroom, je noemt ze geleiders. Ladingen kunnen zich door een geleider
verspreiden. De hele geleider zal dus een bepaalde lading krijgen en niet slechts een
stukje ervan, wat wel het geval is bij isolatoren. Daar zullen de opgewekte elektronen of
protonen slechts op de locatie te vinden zijn daar waar ze zijn aangebracht. Die
isolatoren hebben bijna geen vrije elektronen. De halfgeleiders gedragen zich bij lage
temperaturen als een isolator, maar op kamertemperatuur kunnen ze wel beperkt
geleiden.
Aarding
De aarde is een goede geleider. Als een geladen geleidend voorwerp elektrisch contact
maakt met de grond, wordt de lading overgedragen naar de aarde. Dat proces noem je
aarding. Als een geladen isolator contact maakt met de aarde, vloeien alleen elektronen
van het contactpunt naar of van de aarde. Bij een negatieve isolator zullen de
elektronen die in overvloed zijn in die isolator, naar de aarde gaan. Als de isolator
positief geladen is zullen er negatieve ladingen, elektronen, naar de isolator gaan.
1.2 Laden van voorwerpen
Laden van voorwerpen
Ladingen kunnen bewegen van het ene voorwerp naar het andere. Als een geleidend
voorwerp negatief geladen is, stoten de elektronen in het voorwerp elkaar af en
verspreiden ze zich in het voorwerp zo ver mogelijk van elkaar. Als een geladen
geleidend voorwerp contact maakt met een ander geleidend voorwerp, gaan er
elektronen over van het ene voorwerp naar het andere totdat de elektronen verspreid
zijn over beide voorwerpen. Als je de voorwerpen daarna van elkaar verwijdert, zijn ze
allebei positief of negatief geladen. In een isolator kunnen elektronen niet vrij bewegen.
Je kunt isolatoren wel laden door ze tegen elkaar te wrijven. Zo voeg je energie en dus
elektronen of protonen toe. De tribo-elektrische reeks vertelt ons welke stoffen de
neiging hebben om elektronen af te geven en op te nemen. Zo hebben dierenvacht,
glas, haar, nylon en wol de neiging om elektronen af te geven. Polyester, PE, PP, pvc en
1
, zacht rubber hebben dan weer de neiging om elektronen op te nemen.
Ontlading
Door wrijving kunnen er ladingen overgaan en worden voorwerpen en ook mensen
geladen. Als de ladingshoeveelheid op je lichaam groot genoeg is, gaan je haren zelfs
rechtop staan, omdat ze allemaal dezelfde lading hebben en elkaar daardoor afstoten.
Als je dan in de buurt komt van de muur of een deurklink, kan er ontlading zijn door een
smalle strook lucht: er ontstaat dan een vonk. Je kunt daarbij een schok voelen, of je
ziet licht of hoort geknetter, zoals bij het uittrekken van een synthetische trui.
Net zoals bij een ontlading op kleine schaal ontstaat het licht van de bliksem doordat de
luchtmoleculen worden geïoniseerd en licht uitzenden. De donder is een schokgolf die
een gevolg is van het op korte tijd uitzetten en terug inkrimpen van de lucht.
De elektroscoop
Schematische voorstelling van de ladingen in een elektroscoop die je aanraakt met een
positieve staaf:
Elektrische influentie bij geleidende voorwerpen
Je kunt voorwerpen ook laden door een ander geladen voorwerp in de buurt te brengen
zonder dat ze contact maken met elkaar, door het scheiden van ladingen of elektrische
influentie. Als een negatief geladen voorwerp in de buurt komt van een geleidend
neutraal voorwerp, worden de elektronen in het geleidend voorwerp afgestoten en
bewegen ze zich naar één kant van het voorwerp. Daardoor krijgt het voorwerp een
negatief geladen kant en een positief geladen kant. Als het voorwerp verbonden is met
de aarde, vloeien de elektronen door aarding weg en blijft het voorwerp positief geladen
achter. Je kunt een voorwerp dus positief laden met een negatief geladen staaf.
2
1. LADINGEN
1.1 Lading in materie
Elementaire lading
De elementaire lading is de grootte van de lading van een elektron of een proton. e =
1,60 * 10-19 C
De lading is negatief voor een elektron (e -) en positief voor een proton (e). Bij
berekeningen waarbij de elementaire lading de noemer is, gebruiken we steeds de
positieve / absolute waarde van de lading. Lading komt altijd voor als een veelvoud van
de elementaire lading: lading is een gekwantiseerde grootheid. Gelijksoortige ladingen,
- en -, + en +, stoten elkaar af. Ongelijksoortige ladingen trekken elkaar aan. Het aantal
Q
elektronen bereken je door: ¿ e−¿= e ¿ waarbij Q = totale lading en e = 1,60 * 10-19 C
Geleiders en isolatoren
Je kunt geen ladingen bijmaken of vernietigen. Voorwerpen worden geladen als
elektronen overgaan van het ene voorwerp naar het andere. Als elektronen niet meer
gebonden zijn aan een atoom, zijn het vrije elektronen. Alleen elektronen kunnen
loskomen van een atoom zonder dat de eigenschappen van het atoom drastisch
veranderen. Protonen en neutronen zitten vast in de kern. Als een elektron loskomt uit
een atoom, blijft een positief geladen ion achter. Dat noem je ionisatie.
Bij atomen met weinig valentie-elektronen komen die elektronen gemakkelijk los van
het atoom. Die stoffen hebben dan veel vrije elektronen. Ze geleiden gemakkelijk de
elektrische stroom, je noemt ze geleiders. Ladingen kunnen zich door een geleider
verspreiden. De hele geleider zal dus een bepaalde lading krijgen en niet slechts een
stukje ervan, wat wel het geval is bij isolatoren. Daar zullen de opgewekte elektronen of
protonen slechts op de locatie te vinden zijn daar waar ze zijn aangebracht. Die
isolatoren hebben bijna geen vrije elektronen. De halfgeleiders gedragen zich bij lage
temperaturen als een isolator, maar op kamertemperatuur kunnen ze wel beperkt
geleiden.
Aarding
De aarde is een goede geleider. Als een geladen geleidend voorwerp elektrisch contact
maakt met de grond, wordt de lading overgedragen naar de aarde. Dat proces noem je
aarding. Als een geladen isolator contact maakt met de aarde, vloeien alleen elektronen
van het contactpunt naar of van de aarde. Bij een negatieve isolator zullen de
elektronen die in overvloed zijn in die isolator, naar de aarde gaan. Als de isolator
positief geladen is zullen er negatieve ladingen, elektronen, naar de isolator gaan.
1.2 Laden van voorwerpen
Laden van voorwerpen
Ladingen kunnen bewegen van het ene voorwerp naar het andere. Als een geleidend
voorwerp negatief geladen is, stoten de elektronen in het voorwerp elkaar af en
verspreiden ze zich in het voorwerp zo ver mogelijk van elkaar. Als een geladen
geleidend voorwerp contact maakt met een ander geleidend voorwerp, gaan er
elektronen over van het ene voorwerp naar het andere totdat de elektronen verspreid
zijn over beide voorwerpen. Als je de voorwerpen daarna van elkaar verwijdert, zijn ze
allebei positief of negatief geladen. In een isolator kunnen elektronen niet vrij bewegen.
Je kunt isolatoren wel laden door ze tegen elkaar te wrijven. Zo voeg je energie en dus
elektronen of protonen toe. De tribo-elektrische reeks vertelt ons welke stoffen de
neiging hebben om elektronen af te geven en op te nemen. Zo hebben dierenvacht,
glas, haar, nylon en wol de neiging om elektronen af te geven. Polyester, PE, PP, pvc en
1
, zacht rubber hebben dan weer de neiging om elektronen op te nemen.
Ontlading
Door wrijving kunnen er ladingen overgaan en worden voorwerpen en ook mensen
geladen. Als de ladingshoeveelheid op je lichaam groot genoeg is, gaan je haren zelfs
rechtop staan, omdat ze allemaal dezelfde lading hebben en elkaar daardoor afstoten.
Als je dan in de buurt komt van de muur of een deurklink, kan er ontlading zijn door een
smalle strook lucht: er ontstaat dan een vonk. Je kunt daarbij een schok voelen, of je
ziet licht of hoort geknetter, zoals bij het uittrekken van een synthetische trui.
Net zoals bij een ontlading op kleine schaal ontstaat het licht van de bliksem doordat de
luchtmoleculen worden geïoniseerd en licht uitzenden. De donder is een schokgolf die
een gevolg is van het op korte tijd uitzetten en terug inkrimpen van de lucht.
De elektroscoop
Schematische voorstelling van de ladingen in een elektroscoop die je aanraakt met een
positieve staaf:
Elektrische influentie bij geleidende voorwerpen
Je kunt voorwerpen ook laden door een ander geladen voorwerp in de buurt te brengen
zonder dat ze contact maken met elkaar, door het scheiden van ladingen of elektrische
influentie. Als een negatief geladen voorwerp in de buurt komt van een geleidend
neutraal voorwerp, worden de elektronen in het geleidend voorwerp afgestoten en
bewegen ze zich naar één kant van het voorwerp. Daardoor krijgt het voorwerp een
negatief geladen kant en een positief geladen kant. Als het voorwerp verbonden is met
de aarde, vloeien de elektronen door aarding weg en blijft het voorwerp positief geladen
achter. Je kunt een voorwerp dus positief laden met een negatief geladen staaf.
2
