Wat Is Elektrische Lading?

{h1}

Elektrische lading is een fundamentele eigenschap van materie en de basis voor elektriciteit.

De meeste elektrische lading wordt gedragen door de elektronen en protonen binnen een atoom. Van elektronen wordt gezegd dat ze negatieve lading dragen, terwijl protonen naar verluidt een positieve lading dragen, hoewel deze labels volledig willekeurig zijn (daarover later meer). Protonen en elektronen trekken elkaar aan, het archetype van het cliché 'tegengestelden trekken aan', volgens de website van de University of Georgia, HyperPhysics. Omgekeerd stoten twee protonen elkaar af, evenals twee elektronen.

Protonen en elektronen creëren elektrische velden, die een kracht uitoefenen die de Coulomb-kracht wordt genoemd en die naar alle kanten uitstraalt. Volgens Serif Uran, een professor in de fysica aan de Pittsburg State University, straalt het elektrische veld naar buiten uit vanuit een geladen deeltje, op dezelfde manier als hoe licht vanuit een gloeilamp naar buiten straalt. Net als bij de helderheid van het licht, neemt de sterkte van het elektrische veld af als het vierkant van de afstand tot de bron (1 /r2). Als je twee keer zo ver weg beweegt, neemt de kracht van het veld af tot een kwart en als je drie keer zo ver weg beweegt, neemt het veld af tot een negende.

Omdat protonen over het algemeen beperkt zijn tot de kernen die ingebed zijn in atomen, zijn ze lang niet zo beweeglijk als elektronen. Daarom, als we het hebben over elektrische lading, bedoelen we bijna altijd een overschot of tekort aan elektronen. Wanneer een onbalans van ladingen bestaat, en elektronen in staat zijn om te stromen, wordt een elektrische stroom gecreëerd.

Een gelokaliseerd en aanhoudend tekort of overschot aan elektronen in een object veroorzaakt statische elektriciteit. De stroom kan de vorm aannemen van een plotselinge ontlading van statische elektriciteit, zoals een bliksemschicht of de vonk tussen uw vinger en een geaarde lichtschakelaarplaat; de gelijkmatige stroom van gelijkstroom (DC) van een batterij of zonnecel; of een oscillatiestroom zoals die van een wisselstroommotor (AC), een radiozender of een audioversterker.

Elektrisch universum

We zijn ons meestal niet bewust van elektrische lading, omdat de meeste objecten gelijke hoeveelheden positieve en negatieve lading bevatten die elkaar effectief neutraliseren, volgens Michael Dubson, een professor in de natuurkunde aan de Universiteit van Colorado Boulder. Over het algemeen wordt aangenomen dat de netto lading van het universum neutraal is. Als de verhouding tussen positieve en negatieve lading maar een factor 10 was−40, de Coulomb-kracht zou krachtiger zijn dan de zwaartekracht, waardoor het universum behoorlijk zou verschillen van wat we waarnemen, vertelde Dubson aan WordsSideKick.com. Niettemin hebben sommige onderzoekers, zoals Michael Düren van de Justus Liebig University Giessen in Duitsland, gespeculeerd over de mogelijkheid van een elektrisch geladen universum.

Vroeg elektrisch onderzoek

Positieve en negatieve waarden van lading werden oorspronkelijk toegewezen door de Amerikaanse staatsman en uitvinder Benjamin Franklin, die in 1742 begon met het studeren van elektriciteit. Tot die tijd dachten de meeste mensen dat elektrische effecten het resultaat waren van het mengen van twee verschillende elektrische vloeistoffen, één positieve en één negatieve. Franklin raakte echter ervan overtuigd dat er slechts één enkele elektrische vloeistof was en dat voorwerpen een overmaat of tekort aan deze vloeistof konden hebben. Daarom bedacht hij volgens de Universiteit van Arizona de termen positief en negatief om respectievelijk een overmaat of tekort aan te duiden.

De eenheid voor het meten van elektrische lading is de coulomb (C), genoemd naar Charles-Augustin Coulomb, een 18e-eeuwse Franse natuurkundige. Coulomb ontwikkelde de wet die zegt: "gelijke ladingen stoten af, in tegenstelling tot ladingen aantrekken." Een coulomb wordt gedefinieerd als de hoeveelheid lading getransporteerd door een stroom van één ampère gedurende één seconde. Hoewel dit klinkt als een kleine hoeveelheid, volgens HyperPhysics, "Twee ladingen van een coulomb elk gescheiden door een meter zouden elkaar afstoten met een kracht van ongeveer een miljoen ton!" Elektrotechnici geven er vaak de voorkeur aan om een ​​grotere eenheid te gebruiken voor opladen, het ampère-uur, dat gelijk is aan 3.600 C.

De Coulomb-kracht is een van de twee fundamentele krachten die op macroscopische schaal te zien is, terwijl de andere de zwaartekracht is. De elektrische kracht is echter veel, veel sterker dan de zwaartekracht. De afstotende Coulomb-kracht tussen twee protonen als gevolg van hun lading is 4,1 x 1042 tijden sterker dan de aantrekkelijke zwaartekracht tussen hen als gevolg van hun massa. Dit is waar op elke afstand, omdat de afstand aan beide kanten van de vergelijking wegvalt.

Hoe groot is een nummer eigenlijk? Het vergelijken van de grootte van de twee krachten is als het vergelijken van de massa van de aarde met de massa van een enkele penicillinemolecule! Zwaartekracht domineert echter nog steeds op grote schaal het universum, omdat het in tegenstelling tot lading mogelijk is om grote hoeveelheden massa samen te stellen. Grote opeenhopingen van vergelijkbaar geladen deeltjes zijn niet mogelijk vanwege hun wederzijdse afstoting en hun affiniteit voor ongelijke ladingen.

Andere eigenschappen van lading

Elektrische lading is gekwantiseerd, wat betekent dat het voorkomt in discrete eenheden. Protonen en elektronen dragen ladingen van ± 1,602 x 10−19 C. Elke accumulatie van lading is een even veelvoud van dit aantal, en breukladingen kunnen niet bestaan. Kwantum chromodynamica (QCD) stelt dat protonen en neutronen elk zijn samengesteld uit drie quarks met ladingen van +2/3 of -1/3 van de eenheid protonlading, en twee van de een en de ander combineren om deeltjes te vormen met ladingen van nul of +1 eenheid lading.

Deze deeltjes kunnen echter niet afzonderlijk bestaan.Wanneer je een proton of neutron probeert te splitsen in zijn samenstellende quarks, kost het zoveel energie om dit te doen, de energie wordt omgezet in materie in overeenstemming met de beroemde vergelijking van Einstein E = mc2en in plaats van een enkele quark krijg je een neutraal geladen quark-antiquark-paar, een meson genaamd. Van elektronen wordt echter aangenomen dat ze echt fundamenteel zijn, wat betekent dat ze niet in kleinere delen kunnen worden gesplitst.

Elektrische lading is een geconserveerde hoeveelheid. Dat betekent dat het niet kan worden gemaakt of vernietigd, en dat de netto hoeveelheid elektrische lading in het universum constant en onveranderlijk is. Positieve en negatieve ladingen kunnen elkaar neutraliseren, of neutrale deeltjes kunnen splitsen om positief en negatief geladen paren deeltjes te vormen, maar de netto hoeveelheid lading blijft altijd hetzelfde.

Extra middelen

  • Physics4Kids.com: de wet van Coulomb
  • The Physics Classroom: Current Electricity
  • HyperFysica: elektrische lading


Video Supplement: Natuurkunde uitleg Elektriciteit 18: Lading.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com