03 elektrische ladingen

67
06/09/22 Elektrische ladingen 1 Deel 1 Elektriciteit Onze moderne wereld kan nauwelijks zonder elektriciteit. Een grote stroompanne heeft zowel zware economische schade als praktische problemen tot gevolg. Twee eeuwen geleden echter was er van elektriciteit nog maar bitter weinig gekend, en waren er zeker geen elektrische toepassingen.

Transcript of 03 elektrische ladingen

Page 1: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 1

Deel 1 Elektriciteit

• Onze moderne wereld kan nauwelijks zonder elektriciteit. Een grote stroompanne heeft zowel zware economische schade als praktische problemen tot gevolg.

• Twee eeuwen geleden echter was er van elektriciteit nog maar bitter weinig gekend, en waren er zeker geen elektrische toepassingen.

Page 2: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 2

II Elektrostatica1 Structuur van de materie: elektrische

aspecten

a Elektrische ladingen

Page 3: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 3

• Statica is afgeleid van het Griekse 'staticos',

• wat 'in evenwicht' betekent.

• Elektrostatica is dus de leer van de rustende of statische elektriciteit,

• waarin de eigenschappen van statische elektrische ladingen worden bestudeerd.

Page 4: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 4

i Het opwekken van ladingen

• Proef I

• We wrijven een plastieken staaf met een wollen doek en brengen hem in de buurt van vliermergbolletjes en papiersnippers.

• De bolletjes en stukjes papier worden aangetrokken.

Page 5: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 5

Proef II

• We brengen een gewreven plastieken staaf in de buurt van een dunne waterstraal.

• De waterstraal buigt af.

Page 6: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 6

Proef III

• We wrijven een glazen staaf met papier

• en merken lichte aantrekking.

Page 7: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 7

Besluit

• Wanneer we sommige stoffen wrijven met bepaalde andere, krijgen ze de eigenschap lichte voorwerpen aan te trekken. We zeggen dat deze stoffen dan elektrisch geladen zijn, ze zijn drager van elektrische ladingen.

Page 8: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 8

ii Statische elektriciteit• Als we met een zijden of wollen doek over een glazen of plastic

staaf wrijven, dan worden er elektronen van het ene op het andere voorwerp overgebracht en krijgen deze voorwerpen een positieve of negatieve lading naargelang het voorwerp er elektronen bijkrijgt of verliest.

• Als het gewreven voorwerp bestaat uit een isolerend materiaal, dan kunnen de aangebrachte elektronen niet doorheen het materiaal weglekken en blijven aan het oppervlak.

• Ze blijven ter plekke of bewegen zich slechts over een heel kleine afstand.

• Een dergelijke geladen staaf kan voorwerpen aantrekken.

Page 9: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 9

• Daar negatief geladen elektronen op een voorwerp elkaar onderling afstoten, zullen ze makkelijk een ontsnappingsweg nemen als ze deze kans krijgen.

• Als u de staaf aanraakt, zullen de elektronen door uw lichaam naar de aarde wegvloeien en kunt u even een schok krijgen.

• Soms kan de afstotingskracht tussen de opgehoopte elektronen zo groot worden dat ze zelfs een afstand door de lucht kunnen overbruggen naar een ander voorwerp en zo ontstaat dan een vonk.

• Een spectaculair voorbeeld is de bliksem, waarbij elektrische lading overspringt van de ene wolk op de andere of van een wolk naar de aarde.

• Statische elektriciteit is een vorm van elektrische energie die veroorzaakt wordt o.a. door wrijving . Ze ontstaat wanneer we twee of meerdere stoffen langs elkaar wrijven of van elkaar scheiden.

Page 10: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 10

Het geladen worden van voorwerpen die met elkaar in contact komen, staat gekend als het tribo-elektrisch effect.

Hierbij gaan elektronen van het ene voorwerp naar het

andere. De grootte van de lading is o.a. afhankelijk van:

Wrijvingskracht tussen de materialen,

Wrijvingssnelheid tussen de materialen,

De plaats van deze stof in de zogenaamde TRIBO reeks,

Omgevingscondities, zoals temperatuur en relatieve vochtigheid.

Page 11: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 11

• De TRIBO reeks (zie tabel 1.1) is een reeks waarin de lading van verschillende materialen staat beschreven. (Tribo is ontleend aan het Griekse woord voor wrijven).

• Als een voorwerp wordt gewreven met een materiaal dat zich lager in de lijst bevindt, zal het bovenste positief geladen worden en het onderste negatief. Hoe verder de materialen uit elkaar staan in de reeks, hoe sterker het effect.

Page 12: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 12

Tribo-elektrische reeks

1 droge huid 6 wol 11 staal 16 zwavel

2 dierlijke pels 7 zijde 12 amber 17 polyester

3 glas 8 aluminium 13 rubber 18 polyethyleen

4 menselijk haar 9 papier 14 nikkel 19 pvc

5 nylo 10 katoen 15 koper 20 teflon

Page 13: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 13

• Bvb bij het uittrekken van een katoenen hemd wordt je haar

• positief • en het hemd • negatief • geladen.• Ook mensen kunnen statisch elektrisch

worden opgeladen, bijvoorbeeld door het lopen over nylon tapijt of tijdens het lopen op een trap waarbij de geïsoleerde trapleuning door de hand glijdt.

Page 14: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 14

• Van dit opladen merkt men niets, maar wanneer men hierna b.v. een ander voorwerp (deurkruk) beetpakt,is het ontladen meestal wel te merken in de vorm van een (kleine) schok.

• De spanning van een dergelijke schok is ongeveer 2000 Volt: bij c.a. 3000V. worden ook vonkjes waargenomen.

• Ook bij het uit de auto stappen na een lange rit voelen veel mensen deze ontlading.

•Persoonlijke schade wordt van dit verschijnsel niet ondervonden maar velen ervaren dit toch als onprettig.

• Dit ontladen wordt een ESD (=Electric Static Discharge ) genoemd.

Page 15: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 15

• Statische elektriciteit is een goed gekend probleem in de industrie.

• Het grote risico is nl. het ontstaan van ontladingsvonken, die voldoende energie kunnen hebben om een gasluchtmengsel of een stofmengsel te doen ontvlammen of ontploffen.

• De ladingen kunnen ook schrikreacties veroorzaken en problemen opleveren bij computers zoals het verstoren van programma’s, met alle gevolgen vandien.

Page 16: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 16

Het risico van elektrostatische opladingen is reëel in een aantal veel voorkomende gevallen:

• Het stromen van goed geleidende vloeistoffen door een geïsoleerd opgestelde lading

• Het stromen van olie of water door een leiding naar een tank

• Het laden en lossen van poeder- en korrelvormige producten uit bulkauto’s

• Wrijving door kleding over het menselijk organisme dat geïsoleerd staat opgesteld (bvb. op rubberen schoenzolen)

• Drijfriemen

Page 17: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 17

Als deze lading niet kan afvloeien naar de aarde, kan een vonkontlading optreden, indien de elektrostatische veldsterkte te groot is.Enkele voorbeelden van optredende spanningen in specifieke

omstandigheden : Omstandigheid Optredende spanning (V)

Persoon lopend op gummizolen 1000 V

Persoon lopende op gummizolen op een kunststof tapijt

14000 V

Aandrijfriemen met een snelheid van 3 – 15 m/s 25 – 80000 V

Uitstromende benzine in vrije val 4000 V

Benzol met hoge snelheid in stalen buis 3000 V

Papierrol bij afrolsnelheid boven 10 m/s 150000 V

Page 18: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 18

iii Soorten ladingen

• Proef 1 We wrijven met een wollen doek achtereenvolgens 2 identieke PVC staven. Als we de 2 staven bij elkaar brengen

• Stoten de staven elkaar af• Verklaring De twee staven hebben eenzelfde soort

lading.• Proef 2 We trekken een transparant uit een plastieken

mapje en brengen de transparant en het mapje in elkaars buurt.

• Waarneming Mapje en transparant trekken elkaar aan

• Verklaring Door de wrijving zijn er negatieve ladingen van het mapje naar de transparant gegaan.

• Er zijn 2 soorten ladingen,• Positieve en negatieve • Gelijksoortige ladingen stoten elkaar af, ongelijksoortige

ladingen trekken elkaar aan

Page 19: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 19

Enkele elektrostatische verschijnselen

• Waarschijnlijk hebt u dit al eens meegemaakt. U rijdt met de wagen en buiten is het ontzettend mooi weer.

• Het is droog, de zon schijnt misschien ook nog en de lucht is helder blauw.

• U komt aan waar u moet zijn, stopt en stapt wat later uit uw wagen.

• Wanneer u de deur wil sluiten, voelt u ineens een prik in uw hand.

• Hier hebt u door de droogte uw wagen statisch geladen en bent u nu de aarding, want rubber geleidt geen lading naar de aarde.

• Bij vochtig weer zal dit niet gebeuren!

Page 20: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 20

Televisiescherm

• Dit heb je vast en zeker al eens geprobeerd. • Als je met je haar in de buurt van je

televisiescherm komt, heb je soms wel eens voor dat je haren als het ware aangetrokken worden door het scherm.

• De televisie is gewoon statisch geladen (bvb positief) en doordat je in de buurt komt, gaan de positieve en negatieve ladingen in onze haren zich verdelen, de negatieve bovenaan, de positieve onderaan, ladingen springen over, haartjes worden positief geladen en stoten elkaar af

Page 21: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 21

iv Aantonen van elektrische ladingen :Elektroscoop

• Een elektroscoop is een toestel dat elektrische ladingen kan aantonen en de eigenschappen ervan onderzoeken.

• Hij bestaat uit een metalen staafje dat aan de ene kant voorzien is van een knop (bovenaan), en aan de andere kant van een beweegbare naald.

• Het geheel zit in een beschermend omhulsel. • De grootte van de uitwijking van de naald is een

maat voor de ladingshoeveelheid.

Page 22: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 22

Page 23: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 23

Page 24: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 24

Proef I We raken de knop van de elektroscoop aan met een geladen staaf.

• De naald van de elektroscoop wijkt uit.

• Als we de staaf nogmaals wrijven en met de knop van de elektroscoop in contact brengen wordt de uitwijking groter.

Page 25: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 25

Tekeningen

staaf naald

knop

+++++++++++

+

+

+

+

+

+

+

+

Page 26: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 26

Besluit

• Elektrische lading kan door contact van een geladen (staaf) op een ongeladen (elektroscoop) voorwerp overgebracht worden .

• Hierdoor krijgt het tweede voorwerp nu een lading die van dezelfde soort is als deze van het eerste voorwerp.

• Gelijksoortige ladingen versterken elkaars werking

• en ongelijksoortige ladingen kunnen elkaars werking geheel of gedeeltelijk opheffen.

Page 27: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 27

Verklaring

• Als door contact de lading van het eerste voorwerp naar de knop van een neutrale elektroscoop overgaat, kan ze zich over dit hele lichaam (knop, staaf, naald) verspreiden.

• Hierdoor krijgen de staaf en de naald dezelfde soort lading, met afstoting en uitwijking van de naald als gevolg.

• Brengen we daarna nog meer lading van dezelfde soort op de elektroscoop aan dan wordt de afstoting en uitwijking van de naald groter.

• Brengen we daarna nog lading van verschillende soort op de elektroscoop aan dan wordt de afstoting en uitwijking van de naald kleiner.

Page 28: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 28

v eenheid van lading

• Het symbool van lading is• Q• De SI-eenheid van lading• = [Q] • = 1 C = 1 Coulomb• Deze eenheid van lading is bijzonder groot in vergelijking

met de lading van een proton of een elektron • lading proton = elementaire lading e = +1,60 . 10-19 C• lading electron = -e = -1,60 . 10-19 C• Deze elementaire lading is de kleinste lading die er kan

zijn, alle andere ladingen zijn er een geheel veelvoud van.

Page 29: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 29

• Charles Augustin de Coulomb, • (Angoulême 14 juni 1736 – Parijs 23 aug. 1806)• Frans fysicus,• werd na als ingenieur-officier op Martinique werkzaam

te zijn geweest, bij zijn terugkeer in Parijs door Napoleon tot inspecteur-generaal van het onderwijs benoemd.

• Coulomb deed een groot aantal experimenten, o.a. op het gebied van de wrijving, de torsie (op grond waarvan hij een torsiebalans construeerde), het kompas en de elektriciteit.

• In 1785 ontdekte hij de naar hem genoemde wet van Coulomb.

• De eenheid van elektrische lading is naar hem genoemd.

• WERK: Recherches théoriques et expérimentales sur la force de torsion et sur l’élasticité des fils du métal (1787); Mémoires sur l’électricité et le magnétisme (1788–1792).

Page 30: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 30

• Charles Augustin COULOMB (1736 - 1806)

Page 31: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 31

Hoeveel protonen heb je nodig om een totale lading van 1,00 C te hebben ?

• Gegeven• Qtot = 1,00 C

Qp = 1,60.10-19 C• Gevraagd N• Oplossing • N = Qtot/Qp

• N = 1,00 C/1,60.10-19 C• N = 6,25.10+18

• Antwoord• Het aantal protonen in een lading van 1 C is 6,25.10+18

Page 32: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 32

Omdat vele ladingen veel kleiner zijn dan de SI-eenheid 1C krijgen we dikwijls te maken met

• 1 milliecoulomb = 1 mC • = 10-3 C• 1 microcoulomb = 1µC • = 10-6 C • 1 nanocoulomb = 1 nC • = 10-9 C• 1 picocoulomb = 1 pC • = 10-12 C

Page 33: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 33

b Atoomstructuur

Het opwekken van elektrische ladingen door wrijving kan verklaard worden met de atoomstructuur.

• Uit de chemie weten we volgende zaken• Alle materie is opgebouwd uit atomen• Al deze atomen bestaan uit een kern (die positief geladen protonen

en ongeladen neutronen bevat. Rond deze kern bevinden zich de elektronen die negatief geladen zijn.

• Alle protonen zijn identiek, alle neutronen zijn identiek, alle elektronen zijn identiek.

• De atomen verschillen van elkaar door hun aantal protonen, neutronen en elektronen.

• Het atoomnummer (zie tabel) is het aantal protonen en ook het aantal elektronen (bij een volledig atoom)

• het massagetal (zie tabel) • is het aantal nucleonen= aantal protonen + aantal neutronen

Page 34: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 34

van de lading en de massa van de elementaire deeltjes weten we

elementair deeltje lading (Q) massa (m)

proton +1,60.10-19 C 1,673.10-27 kg

neutron 0 C 1,675.10-27 kg

elektron -1,60.10-19 C9,11.10-31 kg (=1/1836

mp)

Page 35: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 35

• omdat het aantal elektronen en protonen in elk volledig atoom gelijk

• is en omdat de lading van één proton en één elektron even groot en tegengesteld zijn is elk volledig atoom

• elektrisch neutraal

• omdat de elektronen aan de buitenzijde van de atomen zitten kunnen ze door wrijving overwippen van het ene voorwerp op het andere.

Page 36: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 36

Proef:

• een wollen doek en een ebonieten staaf trekken elkaar niet aan.

• Als we de ebonieten staaf wrijven met de wollen doek trekken beide voorwerpen elkaar wel aan.

• Dit komt omdat de elektronen van het wollen doek door wrijving naar de staaf gegaan zijn,

• hierdoor werd de wollen doek positief en de staaf negatief geladen, dus aantrekking.

Page 37: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 37

c Geleiders en isolatoren

• Proef• We brengen met behulp van een gewreven plastiek staaf

lading over van de staaf op een elektroscoop. • De naald van de elektroscoop wijkt hierdoor uit

(elektroscoop is dus geladen).• We raken nu de staaf achtereenvolgens aan met kurk,

hout, glas, plastiek en merken dan de elektroscoop zijn lading

• behoudt• Als we de proef herhalen maar de elektroscoop

aanraken met een stuk metaal, of rechtstreeks met onze vinger dan merken we dan de elektroscoop zijn lading

• verliest

Page 38: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 38

Besluit

• We kunnen de stoffen indelen in 2 groepen• de geleiders en de isolatoren• Bij geleiders kan de lading zich gemakkelijk

doorheen het materiaal verplaatsen. • (en naar de grond lopen, aarding). • Dit is het geval bij metaal, menselijk lichaam.• Bij isolatoren kan de lading zich niet doorheen

het materiaal verplaatsen. • De lading blijft dus waar ze was.• Dit is het geval bij kurk, hout, glas, plastiek.

Page 39: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 39

Verklaring• Typische geleiders zijn de metalen. • Hun atomen zijn onderling gebonden door metaalbindingen. • Bij deze bindingen zijn er een aantal elektronen die bij geen

enkel atoom horen (vrije elektronen). • Deze elektronen kunnen vrij bewegen tussen de positieve

metaalionen. • Brengt men een geladen voorwerp in contact met een metaal

dan worden er naargelang de lading van het voorwerp elektronen toegevoegd of weggenomen.

• Worden aan zulke stof elektronen toegevoegd kunnen die elektronen vrij bewegen, als elektronen ergens worden onttrokken dan worden die elektronen onmiddellijk aangevuld door de vrije elektronen.

• In beide gevallen is dat verspreiding van lading en verdwijnt de lading van het geladen voorwerp.

Page 40: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 40

Geleiders Isolatoren Halfgeleiders

koper pvc silicium

zilver glas germanium

zink rubber

goud porselein

aluminium plastic

staal droge huid

vochtige huid zuiver water

leidingwater kurk

Bij een isolator zijn de elektronen stevig aan de atoomkernen gebonden, er zijn geen vrije elektronen, er is een elektronentekort. Elektronen kunnen zich niet doorheen zulk materiaal verplaatsen.

Page 41: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 41

2 Elektrostatische inductie (beïnvloeding)

• We brengen een gewreven plastiek staaf in de buurt van de knop van een neutrale elektroscoop, zonder deze echter aan te raken met de staaf.

• Hoe dichter we de elektroscoop naderen met de geladen staaf hoe groter de uitwijking van de naald wordt.

• Als we de staaf (zonder aanraken) verwijderen uit de nabijheid van de elektroscoop verdwijnt de lading op de elektroscoop vanzelf.

Page 42: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 42

Page 43: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 43

Verklaring• Als de elektroscoop neutraal is dan bevat hij evenveel• positieve als negatieve ladingen. • Deze ladingen zijn evenredig verspreid over de ganse

elektroscoop (tekening 1) en de naald wijkt dan niet uit.• Als we de elektroscoop naderen met een geladen staaf

worden de tegengestelde ladingen die zich in de elektroscoop bevinden aangetrokken,

• de gelijksoortige ladingen worden afgestoten naar onder. Hierdoor is er geen gelijke verspreiding meer in de elektroscoop van positieve en negatieve ladingen.

• Gevolg : de naald van de elektroscoop wijkt uit• De lading op de elektroscoop heeft hetzelfde teken als

de lading op het voorwerp.• Als we het geladen voorwerp verwijderen, verspreiden

de ladingen binnen de elektroscoop zich terug en de uitwijking verdwijnt

Page 44: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 44

proef 2

• We herhalen de vorige proef (naderen van neutrale elektroscoop met geladen voorwerp)(fig a)

• maar we raken de elektroscoop nu even aan.

• Hierdoor verdwijnt de lading van de elektroscoop. (fig b)

• Vervolgens verwijderen we het geladen voorwerp uit de buurt van de elektroscoop, de elektroscoop krijgt een blijvende lading. (fig c)

Page 45: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 45

Page 46: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 46

Verklaring• fig a zie proef 1• Door uitwisseling van ladingen met de grond wordt

de onderzijde van de elektroscoop geneutraliseerd. • De bovenzijde van de elektroscoop blijft echter

geladen, met ladingen tegengesteld aan de lading van het voorwerp.

• Bij het verwijderen van het geladen voorwerp uit de buurt van de elektroscoop verspreiden de ladingen die zich op de bovenkant van de elektroscoop bevinden. Hierdoor wijkt de naald weer uit.

• De eindlading op de elektroscoop heeft tegengestelde teken als de lading op het voorwerp.

Page 47: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 47

Besluiten

• Bij de verschijnselen in de vorige proefjes spreekt met van elektrostatische inductie (beïnvloeding).

• Door een geladen voorwerp in de buurt te brengen van een elektroscoop (ander voorwerp) kan dit voorwerp zowel een tijdelijke als een blijvende lading bekomen.

• Indien de lading blijvend is, is ze tegengesteld aan de lading van het geladen voorwerp,

• indien ze tijdelijk is, is van dezelfde soort als de lading van het geladen voorwerp.

Page 48: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 48

Bepaal de totale positieve en de totale negatieve lading in een koperen muntstukje met massa 2,43 g. (molaire massa van

koper is 63,5 g/mol en het atoomnummer van koper is 29). • Gegeven• Z = 29• m = 2,43.10-3 kg• M = molaire massa = 63,5.10-3 kg• Gevraagd Qtot

• Oplossing• n = m/M• n = 2,43.10-3 kg / 63,5.10-3 kg• n = 2,43/63,5• n = 0,038268

Page 49: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 49

• Qtot = n. NA . Z.Qp

• Qtot = 0,038268.6,02.10+23.29.1,6.10-19 C

• Qtot = 1,07 10+5 C

• Antwoord

• De totale positieve lading (van de protonen) is 1,07 10+5 C en

• de totale negatieve lading (van de elektronen ) is -1,07 10+5 C

Page 50: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 50

Een zilveren muntstuk heeft een massa van 4,25 g. Bereken de totale positieve lading in het muntstuk (molaire massa zilver = 108 g en atoomnummer is 47)

Gegeven•Z = 47•m = 4,25.10-3 kg•M = molaire massa = 108.10-3 kg•Gevraagd Qtot

•Oplossing•n = m/M•n = 4,25.10-3 kg / 108.10-3 kg•n = 4,25/108•n = 0,03935

Page 51: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 51

• Qtot = n. NA . Z.Qp

• Qtot = 0,03935.6,02.10+23.47.1,6.10-19 C

• Qtot = 1,78 10+5 C

• Antwoord

• De totale positieve lading (van de protonen) is 1,78 10+5 C

Page 52: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 52

Welke bewering is juist? Elektrische ladingen ontstaan

• O door 2 stoffen over elkaar te wrijven

• O in een geleider door een geladen voorwerp nabij te brengen

• O in een geleider door een geladen voorwerp te verwijderen

• O niet, want de ladingen zitten al in de materie

Page 53: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 53

Welke bewering is juist? Elektrische ladingen ontstaan

O door 2 stoffen over elkaar te wrijven

O in een geleider door een geladen voorwerp nabij te brengen

O in een geleider door een geladen voorwerp te verwijderen

● niet, want de ladingen zitten al in de materieLadingen kunnen niet gemaakt worden, net zo min als je

atomen kan bijmaken, wel kunnen voorwerpen geladen worden.

Page 54: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 54

Zijn volgende materialen goede geleiders, leg telkens uit waarom wel, waarom niet.

•Kalium metaal, dus geleider

•Nikkel metaal, dus geleider

•Neon edelgas, geen geleider

• Goud metaal, dus geleider

• Chloor niet-metaal, dus isolator

Page 55: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 55

Welke bewering(en) is (zijn) juist?

O een positief geladen voorwerp heeft minder elektronen dan protonen

O een positief geladen geleider heeft geen vrije elektronen

O een negatief geladen voorwerp heeft protonen afgestaan

O een negatief geladen isolator heeft meer vrije elektronen dan protonen

Page 56: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 56

Welke bewering(en) is (zijn) juist?

● een positief geladen voorwerp heeft minder elektronen dan protonen

O een positief geladen geleider heeft geen vrije elektronen

O een negatief geladen voorwerp heeft protonen afgestaan

O een negatief geladen isolator heeft meer vrije elektronen dan protonen

Page 57: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 57

Bereken het aantal vrije elektronen in 2,5 cm³ goud. Veronderstel dat elk atoom goud 1 vrij elektron levert. (massadichtheid = 19,7 . 10+3 kg/m³ en molaire massa 197 g/mol)

• Gegeven

• V = 2,5 cm³ = 2,5.10-6 m³• ρ = 19,7.10+3 kg/m³

• M = 197 g = 197.10-3 kg

• Gevraagd

• N

Page 58: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 58

• Oplossing

• m = ρ.V

• m = 19,7.10+3 kg/m³.2,5.10-6 m³

• m = 4,93.10-2 kg

• n = m/M

• n = 4,93.10-2 kg/197.10-3 kg

• n = 0,250

• N = n.NA

• N = 0,250 . 6,02.10+23

• N = 1,56.10+23

Page 59: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 59

Je zit met een polyesteren broek op een stoel met wollen kussen. Als u met zo'n broek op zo'n stoel zit te schuiven, en rubberen schoenen draagt, wordt u elektrisch opgeladen. Merk je daar iets van? Verklaar.• Zie tribo reeks (wol = 6, polyester = 17)• wol = positief• polyesteren broek = negatief• opladen gaat geleidelijk, daar merk je niets van• Dat merkt u overigens pas als u in aanraking komt met een

geleidend materiaal, zoals een metalen tafel of een deurknop.

• De in uw lichaam verzamelde lading (statische elektriciteit) vloeit dan heel plotseling weg. Als het niet te licht is ziet u een bliksemflits(je), het knettert en u voelt een schok(je). Vervelend die schokken, maar niet erg gevaarlijk.

• Maar als er brandbare gassen in de buurt zijn, kan zo'n vonkje tot een explosie leiden.

Page 60: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 60

Een positief geladen metalen geleider heeft

O meer positieve vrije ladingen dan negatieve

O een tekort aan vrije elektronen

O geen elektronen

O positieve ladingen opgenomen

Page 61: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 61

Een positief geladen metalen geleider heeft

O meer positieve vrije ladingen dan negatieve

● een tekort aan vrije elektronen

O geen elektronen

O positieve ladingen opgenomen

Page 62: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 62

Hoe kan je peper en zout van elkaar scheiden

Page 63: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 63

• Door het wrijven met de ballon over je haren of trui, wordt deze statisch.

• Dit verschijnsel ken je vast wel: wanneer je in de winter met een borstel door je haar gaat, wordt het ook statisch en hoor je geknetter.

• Als een voorwerp statisch is kan het andere voorwerpen aantrekken, net als een magneet.

• De peper wordt door de ballon aangetrokken en het zout niet.

• De zoutkorreltjes zijn namelijk te zwaar. • Als het zout erg fijn is, wordt het wél

aangetrokken door de ballon.

Page 64: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 64

We plaatsen drie van de grond geïsoleerde geleiders in elkaars nabijheid zoals op de figuur. Geleider A wordt positief geladen. Dan geldt

0 geleider B wordt positief geladen

0 de linkerkant van B wordt positief geladen

0 geleider C blijft neutraal

0 we kunnen geen uitspraak doen over geleiders B en C

A B C

Page 65: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 65

We plaatsen drie van de grond geïsoleerde geleiders in elkaars nabijheid zoals op de figuur. Geleider A wordt positief geladen. Dan geldt

0 geleider B wordt positief geladen

0 de linkerkant van B wordt positief geladen

● geleider C blijft neutraal

0 we kunnen geen uitspraak doen over geleiders B en C

A B C

+

+

+

+

+ +

+

+

+

+ +

+

+

++-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Page 66: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 66

We plaatsen drie van de grond geïsoleerde geleiders in elkaars nabijheid zoals op de figuur. Geleider A wordt positief geladen en C wordt geaard. Dan geldt

0 geleider B wordt positief geladen

0 geleider C wordt negatief geladen

0 geleider C blijft neutraal

0 we kunnen geen uitspraak doen over geleiders B en C

A B C

Page 67: 03 elektrische ladingen

04/18/23 Elektrische ladingen 67

We plaatsen drie van de grond geïsoleerde geleiders in elkaars nabijheid zoals op de figuur. Geleider A wordt positief geladen. Dan geldt

0 geleider B wordt positief geladen

● geleider C wordt negatief geladen

0 geleider C blijft neutraal

0 we kunnen geen uitspraak doen over geleiders B en C

A B C

+

+

+

+

+ +

+

+

+

+-

-

-

-

-

-

-

-

-

-