Statisk elektricitet 2

     
For at forklare, hvad statisk elektricitet er, og hvordan den opfører sig, bruger vi atomteorien.

Ifølge den består alle atomer af en positiv og tung kerne. Uden om den kredser de negative, lette elektroner.

 

Kulstofatomet med kerne og elektroner

     
Det er nogle af disse elektroner, der sidder så løst, at de kan fjernes fra atomerne på fx en uldklud. For hver elektron, vi fjerner fra kluden, bliver den mere og mere +elektrisk (overskud af de positive kerner) og stangen, vi flytter elektronerne over på, bliver tilsvarende - elektrisk.

Elektronerne, vi nu har flyttet over på stangen, kan vi flytte videre over på andre genstande.

 

Elektroner flyttes over på flamingokugle

     
Fra glas kan man flytte elektroner over på plastic eller silke ved at gnide glasset med en plastpose eller en silkeklud. På den måde bliver glasset +elektrisk.

Kører man en +elektrisk glasstang hen ad en flamingokugle, bliver kuglen +elektrisk, fordi glasstangen hugger elektroner fra flamingoen.

Statisk elektricitet kan man med andre ord flytte rundt på ved at gnide elektroner fra ting til ting.

Glasstang overfører +elektricitet til flamingokugle
I virkeligheden stjæler den elektroner fra kuglen!

     

Elektriske ladninger kan overføres via en metalstang til en kugle

 

Du har måske lagt mærke til, at alle de materialer, vi har nævnt i forbindelse med statisk elektricitet har været de dårligste elektriske ledere - isolatorer (plast, glas, flamingo.....).

Vi kan nu sagtens gnide elektroner over på fx en metalstang eller -kugle. Men her vil de opføre sig anderledes, fordi de selv kan vandre rundt i metaller, som er gode el-ledere (det betyder jo netop, de kan lede strømme af elektroner).

 

     
Gnider du elektroner over på en flamingokugle, bliver de der, hvor de lige netop bliver gnedet af. Men gør du det samme på en metalkugle, fordeler de sig omgående jævnt over hele kuglen.

Van de Graaf generator med positiv "hat"

Van de Graaf generatoren

Et bredt gummibånd bevæger sig om to valser A (plastic) og B (metal). Ved hjælp af en motor eller et håndsving drejes A rundt. Når båndet kører rundt om A, bliver det negativt elektrisk og afleverer sine elektroner oppe i "hatten". Her hobes de op, så længe man drejer "transportbåndet". Der kan blive mange tusinde volt på hatten. På nogle van de Graaf-generatorer fjernes i stedet elektroner fra hatten, så den bliver positiv.

Til forsøg med bl.a. kernespaltning bruges kæmpe store van de Graaf-generatorer.

     
Lys skabt ved høje spændinger

Lyn og gnister fra van de Graafen er eksempler på lys, der kommer fra luft udsat for høj spænding.

Ved normalt lufttryk er luftmolekylerne meget tætte. Så skal der mange volt til for at sende strøm igennem den.

Tidligere har vi nævnt glimlampen.
I glimlampens glasrør er der næsten lufttomt. Kun en lille smule af luftarten neon er derinde. Neonatomerne udsender rødt lys, når de rammes af elektroner, der sendes fra den ene elektrode til den anden.

Det kræver, at elektronerne har en vis fart på, og det får de ved at sætte mindst 40-50V på glimlampens elektroder. Lyset kommer omkring den negative elektrode (katoden), hvor elektronerne sendes ud fra. Det betyder, at glimlampen kan bruges til at vise, om en ting er positivt eller negativt elektrisk ladet. I øvrigt bruges de i mange elektriske maskiner og installationer for at vise, om der er tændt for strømmen.

Glimlampe
a. glasrør med neon under meget lavt tryk.
b. elektroder, der ikke rører hinanden.

 
I lysstofrør og elsparepærer skabes lyset på tilsvarende måde. I dem dannes også en del ultraviolet stråling. Det er man som regel ikke interesseret i - kun til solarierør og andre specialiteter - derfor er rørene invendigt belagt med et stof, der udsender synligt, uskadeligt lys, når UV-lyset rammer det.

Lysstofrør

Det elektriske felt

Når man vil beskrive usynlige kræfter, der virker på en genstand, bruger man begrebet felt.

Man taler om tyngdefeltet, der beskriver den tiltrækningskraft, som Jorden påvirker fx et 1 kg's lod med, afhængigt af, hvor loddet befinder sig.

Man illustrerer det ved at tegne feltlinier, hvor feltliniernes retning viser, hvilken vej loddet vil begynde at bevæge sig, hvis man holdt det stille og gav slip. Feltliniernes tæthed er et mål for feltets styrke eller kraften på 1kg's loddet. Af tegningen herunder kan du se, at feltet bliver svagere og svagere, jo længere man kommer væk fra Jorden (der bliver jo længere og længere mellem feltlinierne). Men retningen er hele tiden ind mod jorden centrum.

Fidusen ved feltbeskrivelsen er nu, at man let kan forudsige kraftpåvirkningen på et hvilket som helst andet legeme.

 

Jordens tyngdefelt

Omkring magneter er der magnetfelter. Her er feltliniernes retning den, som en lille kompasnål vil stille sig i, hvis man anbringer den et sted i nærheden af en magnet.

Vi har tidligere nævnt, at elektrisk ladede genstande kan tiltrække og frastøde hinanden. Derfor taler vi også om et elektrisk felt omkring elektrisk ladede genstande, fx en metalkugle.
Feltet beskriver den kraft, en lille positivt ladet genstand (fx en flamingokugle) er påvirket af, når den er i området omkring den elektisk ladede genstand.
Kommer en elektrisk partikel (fx en elektron) ind i et elektrisk felt, vil den blive påvirket af en kraft, der sætter den i bevægelse eller ændrer den bevægelse, den har i forvejen. Jo kraftigere feltet er, desto mere påvirkes partiklen.

Det elektriske felt omkring hhv. en positiv og en negativ kugle

     

Det elektriske felt mellem to metalplader

Katodestrålerør bruges bl.a. i oscilloskoper.
Den positive plade trækker elektronstrålen opad.

 
Det er det elektriske felt mellem de to elektroder i katodestrålerøret og tv-billedrøret, der får elektronerne til at fare afsted gennem røret for at ramme en belægning og lave en lysplet.

Man kan også styre elektronstrålen med elektriske felter som vist ovenfor på katodestrålerøret.

Da elektroner er meget, meget lette, kan en elektronstråle hurtigt ændre retning, og man kan med et elektrisk felt afbøje den og derved påvise hurtige variationer i det elektriske felt, der styrer den. Sætter man fx almindelig vekselspænding til oscilloskopets styreplader, får man en flot vekselspændingskurve

 

Billedet på en radar dannes på lignende måde.

Elektronstråle styret med magnetfelt

I udladningsrøret her udsendes elektroner fra katoden, k, igennem den smalle spalte i enden af den lange plade. Pladen er belagt med et stof, der lyser, når det rammes af elektroner. Sætter vi spænding på fra Van de Graafen, bliver der en lysstribe på pladen.

På den nederste tegning har vi sat en magnet omkring røret, og strålen bøjer sig opad (prøv lillefingerreglen). Vender vi magneten, bøjer den nedad. Vi kan med andre ord styre eflektronstrålen - og dermed lyspletten - ved hjælp af magneter.

     
Fjernsyn

På tv- og computerskærme benytter man sig af både magnetisk og elektrisk afbøjning af elektronstråler. På billedrørets inderside ("skærmen") er der en belægning, der lyser, når den rammes af elektroner. I sort/hvid tv lyser det kun hvidt, mens der i et farve-tv er tre slags belægning, én, der lyser blåt, én grønt og én rødt, når de rammes.

Her styres en elektronstråle ved hjælp af spænding på styreelektroderne, og de store magnetspoler, der sidder bagest på røret, sørger for at gøre strålen tynd og fin. Én elektronstråle danner billedet på et sort/hvidt tv, men der skal tre elektronstråler til i et farve-tv.

Billedrør

 

Statisk elektricitet laver ravage

Ligesom statisk elektricitet kan få håret til at filtre, kan andre fibre også filtre sammen på grund af det.

Tøj kan klæbe ubehageligt til kroppen, og flader, der bliver statisk elektriske tiltrækker støv. Læg fx mærke til, hvor hurtigt tv-skærmen bliver støvet!

I den elektroniske industri, hvor man fremstiller chips eller bruger dem til andre apparater, er statisk elektricitet et stort problem. Visse typer af chips kan ikke tåle den høje spænding fra personer eller andet. De kan blive totalt ødelagt af den eller skadet, så de ikke holder så længe.

Virkeligt farlig kan virkningen af de gnister være, der opstår i forbindelse med statisk elektricitet, fx i forbindelse med tankbiler og -skibe.

Foran en computerskærm sidder man i et konstant elektrisk felt, der opstår på ydersiden af skærmen, fordi der er elektriske felter fra meget høje spændinger inden i billedrøret (katodestrålerøret).

Det kan betyde, at støv fra luften suges ind til hovedet af brugeren og generer øjne og hud.

Feltet kan let fjernes ved at sætte en jordforbundet glasplade belagt med et ultratyndt metallag lige foran skærmen. Når metallaget er tyndt nok er det helt gennemsigtigt, måske bare lidt tonet. Man kalder pladen et ledende filter.