Har du nogensinde set et lynnedslag eller fået chok, når du rørte ved en dørhåndtag? I så fald har du observeret effekten af elektriske ladninger i aktion. Positive og negative elektriske ladninger oprettes ved bevægelse af små partikler kaldet elektroner. Mens elektroner er så små, at de ikke engang kan ses med et mikroskop, kan du se, hvordan positive og negative ladninger dannes bare ved at bruge genstande i dit eget hus.
Elektroner og opladning
•••DanComaniciu / iStock / Getty Images
Du ved måske allerede, at alt stof består af mikroskopiske partikler kaldet atomer. Atomer består imidlertid af endnu mindre partikler kaldet elektroner, protoner og neutroner. Protoner findes i centrum eller kernen af et atom og har en positiv ladning; neutroner findes også i kernen, men har ingen ladning. Elektroner kredser om kernen og er negativt ladede.
Normalt har et atom et lige antal protoner og elektroner. Men fordi elektroner findes i den ydre del af et atom, vil de undertiden bevæge sig fra et atom eller en gruppe af atomer til et andet. Når et atom eller en gruppe af atomer har flere elektroner end protoner, er det det
negativt ladet. Når et atom eller en gruppe af atomer har flere protoner end elektroner, er det det positivt ladet. Et atom eller en gruppe af atomer, der har det samme antal protoner og elektroner er neutralt opladet.Sådan oprettes en positiv afgift
•••sarahdoow / iStock / Getty Images
Hvis du nogensinde har gnides en ballon i dit hår og brugt det til at få dit hår til at stå op, ved du allerede, hvordan du laver positive og negative ladninger. Når atomer gnider mod hinanden, kan elektroner overføre mellem dem. Dette betyder, at et objekt ikke kan blive positivt ladet, medmindre et andet objekt bliver negativt ladet; disse elektroner er nødt til at gå et eller andet sted. Når du gned ballonen i dit hår, bevægede elektroner sig fra atomerne i dit hår til atomerne i ballonen, hvilket gjorde dit hår positivt ladet og ballonen negativt ladet.
Dit hår står op, fordi genstande med modsatte ladninger tiltrækkes af hinanden. Du har muligvis også fastgjort ballonen til en af væggene i dit hus. Dette skyldes, at ladede genstande, hvad enten de er positive eller negative, også tiltrækkes af neutralt ladede genstande, som væggen. Men hvis du bragte ballonen tæt på en anden ballon, som du opkrævede på denne måde, ville de to balloner bevæge sig væk fra hinanden. Dette skyldes, at to objekter med samme ladning, hvad enten de er positive eller negative, altid frastøder hinanden.
Triboelektrisk serie
•••sedmak / iStock / Getty Images
Du har set, hvordan elektronerne bevæger sig fra dit hår til ballonen, når du gnides dem mod hinanden. Men hvorfor flyttede de fra dit hår til ballonen og ikke omvendt? Ballonen vil altid ende negativt ladet i dette eksperiment, fordi visse stoffer lettere opgiver elektroner end andre, og det vil altid være lettere for gummiet i ballonen at tage elektroner fra dit hår end for dit hår at tage elektroner fra ballon.
EN triboelektriske serier er en liste, der viser, hvor let det er for forskellige stoffer at tage elektroner fra hinanden. Jo lavere et stof er i en triboelektrisk serie, jo mere sandsynligt er det at det bliver negativt ladet. Et stof kan tage elektroner fra alle stoffer over det i serien. Tag f.eks. Følgende triboelektriske serier:
Hårglas Papiruld Uld Vinyl Latex Teflon
Du kan se, at gnidning af teflon på et af de andre stoffer på denne liste vil gøre disse materialer positivt ladede, fordi teflon kan tage elektroner fra dem alle. Og ethvert stof på denne liste kan blive negativt ladet ved at tage elektroner fra dit hår.
Hvorfor slår lynet?
•••Evgeniy1 / iStock / Getty Images
Positive og negative ladninger er også årsagen til, at lyn rammer under tordenvejr. Tordenskyer dannes, når vanddråber i den kolde, øvre del af atmosfæren fryser fast og falder; på samme tid fører opsamlinger vanddamp op. Det faldende og stigende vand gnider mod hinanden: Det faldende vand bliver negativt ladet, og det stigende vand bliver positivt ladet. På grund af dette er tordenværket negativt ladet i bunden og positivt ladet ovenpå.
Normalt, fordi en ladet genstand er tiltrukket af en neutralt ladet genstand, ville elektronerne i tordenværet langsomt strømme til den neutralt ladede jord. Luften imellem skyen og jorden fungerer dog som en isolator, et stof, der forhindrer elektroner i at bevæge sig let igennem det. Men når der først opbygges en stærk nok negativ ladning i bunden af skyen, kan selv luften ikke stoppe den. Elektronerne hopper alle sammen til jorden på én gang i form af et lynnedslag.