Elektrische lading
Last updated
Last updated
Een elektron is het kleinste deeltje dat een negatieve lading vertoont. Wanneer een overmaat aan elektronen in een materiaal bestaat, is er een netto negatieve elektrische lading aanwezig in dat materiaal. Bij een tekort aan elektronen bestaat er een netto hoeveelheid positieve elektrische lading.
Wat onthoud je best in deze sectie?
Hoe je het concept van de elektrische lading kan verklaren.
De naam van de eenheid van lading.
De soorten lading.
De beschrijving van krachten tussen ladingen.
Hoe je bij een gegeven aantal elektronen de hoeveelheid lading kan bepalen.
De lading van een elektron en een proton is gelijk in grootte en tegengesteld van teken. Een elektron is negatief geladen en een proton positief. Elektrische lading is een elektrische eigenschap van de stof die bestaat als gevolg van een teveel of een tekort aan elektronen. De lading wordt gesymboliseerd door Q en zijn eenheid is Coulomb (C).
Statische elektriciteit is de aanwezigheid van een netto positieve of negatieve lading in een materiaal. Iedereen heeft wel eens een bepaalde ervaring met de effecten van statistische elektriciteit beleeft. Bijvoorbeeld via een elektrische schok: bij een poging om een metalen oppervlak aan te raken of een andere persoon of wanneer de kleding in een droogtrommel aan elkaar blijft kleven.
Zoals in figuur 2-9(b) te zien is trekken materialen met ladingen van tegengestelde polariteit elkaar aan. Materialen met gelijke polariteit stoten elkaar af (figuur 2-9 (c) en (d)). Deze aantrekkings- of afstotingskracht wordt in de figuur 2-9 voorgesteld door F. Deze kracht F ontstaat door de aanwezigheid van een elektrisch veld in de vorm van een aantal onzichtbare krachtlijnen zoals in figuur 2-10 is weergegeven.
De kracht F die bestaat tussen twee puntbronladingen Q1 en Q2 is recht evenredig met het product van de twee ladingen e omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand r tussen deze twee ladingen. Dit staat ook bekend als de wet van Coulomb.
Figuur 2-9 : Aantrekking en afstoting bij elektrische ladingen
Figuur 2-10: Elektrisch veld tussen twee tegengesteld geladen voorwerpen
In formulevorm :
Hierbij is
F de kracht die de ladingen op elkaar uitvoeren
Q1 en Q2 de ladingen, uitgedrukt in Coulomb (C)
r de afstand tussen beide ladingen in meter (m)
k de constante van Coulomb. Deze is gelijk aan 1/4πϵ0ϵr waarbij ϵ__0 de elektrische veldconstante van vacuüm is en gelijk aan 8,85.10__-12 C/m2N (meer hierover in hoofdstuk 9). _ϵ_r is de relatieve elektrische veldconstante van het medium tussen de twee ladingen.
Zoals reeds eerder werd vermeld wordt de elektrische lading gemeten in Coulomb en gesymboliseerd via C. Per definitie is 1 Coulomb de totale lading veroorzaakt door 6,25 . 10__18 elektronen. Eén enkel elektron heeft een lading van 1,6 . 10__-19 C. De totale lading, uitgedrukt in Coulomb, voor een bepaald aantal elektronen wordt via onderstaande formule gevonden:
(vg. 2-1)
Bij een neutraal atoom zijn er evenveel elektronen aanwezig als er protonen in de kern zijn. Dit betekent dat zulk atoom geen netto lading heeft. Alle aanwezige negatieve lading is gelijk aan de hoeveelheid positieve lading waardoor het totaal aan lading gelijk is aan nul Coulomb.
Stel een atoom waarbij, door toevoeging van energie, een elektron wordt weggetrokken. Bij dit atoom is er nu één positieve lading meer aanwezig de kern dan dat er negatieve ladingen rondom de kern bewegen. Dit atoom heeft nu een netto lading gelijk aan één Coulomb. Vermits er nu een netto positieve lading aanwezig is in dit atoom spreekt men van een positief ion. Een positief ion wordt gedefinieerd als een atoom (of groep atomen) met een netto positieve lading.
Als we nu veronderstellen dat een atoom een extra elektron verwerft in de buitenste schil dan is er nu een netto negatieve lading aanwezig in het atoom. Dit omdat het extra elektron voor één negatieve ladingseenheid meer zorgt. In deze situatie ontstaat er een negatief ion. Een negatief ion wordt gedefinieerd als een atoom (of groep atomen) met een netto negatieve lading.
De hoeveelheid energie die nodig is om een valentie-elektron vrij te krijgen is gerelateerd aan het aantal elektronen in de buitenste schil. Een atoom kan maximaal acht valentie-elektronen hebben. Hoe vollediger de buitenste schil is, hoe stabieler het atoom en hoe meer energie er nodig is om een elektron te verwijderen van dit atoom.
Fig. 2-11 Ontstaan van een positief en negatief ion aan de hand van waterstofchloride
Voorbeeld 2-1
Hoeveel coulomb lading stellen 93,8 . 1016 elektronen voor?
Oplossing
Welk symbool wordt voor lading gebruikt?
Wat is de eenheid van lading en welk is het symbool voor de eenheid van lading?
Welk zijn de twee typen lading?
Hoeveel lading in coulomb is er in 10 . 10 12 elektronen?
De figuur 2-11 illustreert de vorming van een positief ion en een negatief ion wanneer een wateratoom zij enig valentie-elektron afgeeft aan een chlooratoom. Wanneer dit gebeurt ontstaat er een gasvormig waterstofchloride (HCl). Als dit gasvormig waterstofchloride oplost in water wordt er zoutzuur gevormd.
