Heb je ooit een blikseminslag gezien of schrok toen je een deurknop aanraakt? Als dat het geval is, hebt u de kracht van elektrische ladingen in actie waargenomen. Positieve en negatieve elektrische ladingen worden gecreëerd door de beweging van minuscule deeltjes die elektronen worden genoemd. Hoewel elektronen zo klein zijn dat ze zelfs niet met een microscoop kunnen worden gezien, kun je zien hoe positieve en negatieve ladingen zich vormen door items in je eigen huis te gebruiken.

Elektronen en opladen

Je weet misschien al dat alle materie bestaat uit microscopische deeltjes die atomen worden genoemd. Atomen bestaan ​​echter uit nog kleinere deeltjes, elektronen, protonen en neutronen. Protonen worden gevonden in het centrum of in de kern van een atoom en hebben een positieve lading; neutronen worden ook gevonden in de kern maar hebben geen lading. Elektronen draaien om de kern en zijn negatief geladen.

Normaal gesproken heeft een atoom een ​​gelijk aantal protonen en elektronen. Omdat elektronen echter in het buitenste deel van een atoom worden aangetroffen, verplaatsen ze zich soms van het ene atoom of de ene atomengroep naar de andere. Als een atoom of een groep atomen meer elektronen heeft dan protonen, is het geladen. Wanneer een atoom of een groep atomen meer protonen heeft dan elektronen, is het positief geladen. Een atoom of een groep atomen met hetzelfde aantal protonen en elektronen is neutraal geladen.

Hoe maak je een positieve lading?

Als je ooit een ballon hebt ingewreven in je haar en gebruikt om je haar te laten opstaan, weet je al hoe je positieve en negatieve ladingen kunt maken. Wanneer atomen tegen elkaar aan botsen, kunnen elektronen ertussen overgaan. Dit betekent dat een object niet positief geladen kan worden tenzij een ander object negatief geladen wordt; die elektronen moeten ergens heen gaan. Wanneer je de ballon wrijft in je haar, verplaatsen elektronen zich van de atomen in je haar naar de atomen in de ballon, waardoor je haar positief wordt opgeladen en de ballon negatief geladen.

Je haar staat op omdat objecten met tegenovergestelde ladingen zijn aangetrokken tot elkaar. Misschien heb je de ballon ook op een van de muren in je huis geplakt. Dit komt omdat geladen objecten, zowel positief als negatief, ook worden aangetrokken door neutraal geladen objecten, zoals de muur. Als je de ballon echter in de buurt van een andere ballon brengt die je op deze manier hebt geladen, zouden de twee ballonnen van elkaar af bewegen. Dit komt omdat twee objecten met dezelfde lading, positief of negatief, elkaar altijd afstoten.

Triboelectric Series

Je hebt gezien hoe de elektronen van je haar naar de ballon bewegen als je wreef ze tegen elkaar. Maar waarom zijn ze van je haar naar de ballon gegaan en niet andersom? De ballon zal altijd negatief geladen raken in dit experiment, omdat bepaalde stoffen elektronen gemakkelijker afstaan ​​dan andere en het zal altijd gemakkelijker zijn voor het rubber in de ballon om elektronen uit je haar te nemen dan voor je haar om elektronen uit de ballon.

Een tribo-elektrische serie
is een lijst die laat zien hoe gemakkelijk het is voor verschillende stoffen om elektronen van elkaar te verwijderen. Hoe lager een stof in een triboelektrische reeks is, hoe groter de kans dat deze negatief geladen wordt. Een stof kan elektronen uit alle substanties erboven op de serie nemen. Neem bijvoorbeeld de volgende tribo-elektrische serie:

Haarglaspapier Wol Vinyl Latex Teflon-injectie

U ziet dat wrijven teflon op een van de andere stoffen in deze lijst deze materialen positief geladen maakt, omdat de teflon elektronen uit al deze kan halen. En elke substantie op deze lijst kan negatief geladen raken door elektronen uit je haar te halen.

Waarom Blikseminslag?

Positieve en negatieve ladingen zijn ook de reden dat bliksem inslaat tijdens onweersbuien. Onweerswolken vormen zich wanneer druppeltjes water in de koude bovenste delen van de atmosfeer vast bevriezen en vallen; tegelijkertijd voeren opwaartse luchtstromen waterdamp op. Het vallende en stijgende water schuurt tegen elkaar: het vallende water wordt negatief geladen en het stijgende water wordt positief geladen. Daarom is de onweerswolk negatief geladen op de bodem en positief geladen aan de bovenkant.

Normaal gesproken, omdat een geladen object wordt aangetrokken door een neutraal geladen object, zullen de elektronen in de onweerswolk langzaam naar de neutraal geladen batterij stromen grond. De lucht tussen de wolk en de grond dient echter als een isolator
, een stof die voorkomt dat elektronen er gemakkelijk doorheen kunnen bewegen. Maar zodra zich een sterk genoeg negatieve lading opbouwt op de bodem van de wolk, kan zelfs de lucht het niet stoppen. De elektronen springen allemaal tegelijk in de vorm van een blikseminslag op de grond.