Hva er positive og negative ladninger?

Hva er positive og negative ladninger? Enkel forklaring

Lurer du på hva er positive og negative ladninger og hvordan de fungerer i hverdagen? Mange opplever små elektriske støt eller statisk hår uten å vite årsaken bak fenomenet. Utforsk de grunnleggende reglene for elektriske krefter og lær mer om hvordan ladninger samhandler.

Hva er positive og negative ladninger enkelt forklart?

Positive og negative ladninger er grunnleggende egenskaper ved de minste byggeklossene i alt rundt oss, og hvordan vi forstår dem avhenger av om vi ser på enkeltpartikler eller hele gjenstander. Kort sagt oppstår en positiv ladning når et atom mister elektroner (og blir et positivt ion), mens en negativ ladning oppstår når et atom får ekstra elektroner og blir et negativt ion.

Jeg husker selv hvor forvirrende dette virket på ungdomsskolen. Hvordan kan noe som «får mer» bli negativt, mens noe som «mister» blir positivt? Helt bakvendt. Men hemmeligheten ligger i at elektronene - de små partiklene som svirrer rundt atomkjernen - bærer på en minusladning. Hvert eneste proton og elektron har nøyaktig samme mengde ladning, kjent som elementærladningen på 1,602 x 10^-19 coulomb, bare med motsatt fortegn. Det finnes faktisk en overraskende hverdagsfelle som får de fleste til å blande sammen hvilke partikler som faktisk beveger seg, og jeg skal avsløre den i delen om hvordan ladninger skaper støt lenger ned.

Hva har positiv ladning, og hva har negativ ladning?

Inne i hvert eneste atom finner vi tre hovedtyper partikler med ulike elektriske egenskaper. Protonene i atomkjernen har positiv ladning, elektronene som beveger seg rundt kjernen har negativ ladning, mens nøytronene er helt nøytrale uten noen ladning i det hele tatt.

I et vanlig, nøytralt atom er det nøyaktig like mange protoner som elektroner. Balansen er perfekt. Men fordi et proton er omtrent 1836 ganger tyngre enn et elektron og sitter godt låst fast inne i atomkjernen, er det nesten alltid elektronene som hopper fra ett sted til et annet. La oss være ærlige: i starten prøvde jeg å se for meg protoner og elektroner som to jevnbyrdige fotballag som løp rundt på banen. Totalt feil bilde. I virkeligheten står protonene helt stille som tunge fjell i midten, mens de lette elektronene farer frem og tilbake mellom atomene.

Slik blir atomer til positive og negative ioner

Når balansen mellom protoner og elektroner brytes, slutter atomet å være nøytralt og blir til et ion. Hvis du gnir en ballong mot håret ditt, vil atomer i håret gi fra seg noen av sine ytterste elektroner til ballongen.

Håret ditt sitter da igjen med flere pluss-protoner enn minus-elektroner, og får dermed et overskudd av positiv ladning. Ballongen, derimot, har nå samlet opp ekstra elektroner og blitt negativt ladet. Så enkelt er det egentlig. Du har ikke skapt ny energi ut av løse luften - du har bare flyttet eksisterende elektroner fra ett sted til et annet.

Hvordan virker tiltrekningskraft og frastøtningskraft?

Elektriske ladninger påvirker hverandre med usynlige krefter som følger en svært enkel og forutsigbar hovedregel i fysikken. Ulike ladninger tiltrekker hverandre (pluss og minus dras mot hverandre), mens like ladninger frastøter hverandre (pluss dytter bort pluss, og minus dytter bort minus).

Denne usynlige dragningen er grunnen til at atomer overhodet holder sammen i stedet for å fly fra hverandre i alle retninger. I mine første fysikkforsøk ble jeg ganske frustrert da jeg prøvde å få to plastlinjaler til å frastøte hverandre på en fuktig regnværsdag, og ingenting skjedde. Hendene mine var klamme, luften var full av vanndamp, og ladningene forsvant før jeg rakk å måle dem. Først da jeg testet på nytt i tørr vinterluft, så jeg linjalene svinge vekk fra hverandre som ved magi. Tørr luft er nemlig en elendig strømleder, slik at ladningene blir værende på overflaten.

Hvorfor det ikke alltid stemmer at pluss bare trekker mot minus

Mange lærebøker gir inntrykk av at en ladd gjenstand bare kan tiltrekke seg noe som har motsatt ladning. Men i praksis kan en negativt ladd ballong også klistre seg fast til en helt nøytral stuevegg! Hvordan går det an? Når den negative ballongen nærmer seg veggen, dytter den veggenes egne elektroner litt lenger inn i materialet (frastøtning), slik at overflaten av veggen midlertidig blir mer positiv rett under ballongen.

Statisk elektrisitet og ladninger i hverdagen

Statisk elektrisitet er rett og slett en opphopning av ubalanserte elektriske ladninger på overflaten av et materiale, som venter på en mulighet til å utjevne seg. Når du går over et syntetisk teppe med ullsokker og deretter tar i et dørhåndtak av metall, utløses denne opphopningen i form av et lite støt.

Her kommer løsningen på fellen jeg nevnte helt i starten: mange tror at det er selve dørhåndtaket som «gir» deg støt, eller at positive ladninger hopper fra metallet og inn i fingeren din. Sannheten er motsatt.

Du har samlet opp millioner av ekstra elektroner fra teppet, og i det øyeblikket fingeren din kommer nær metallet, hopper elektronene lynraskt fra deg og over til dørhåndtaket for å gjenopprette balansen. Et slikt lite hverdagsstøt krever faktisk en spenning på minst 2000 til 3000 volt for at du skal kjenne det tydelig i fingertuppen. Heldigvis er strømstyrken så mikroskopisk og varigheten så kort at det er helt ufarlig - selv om det føles ubehagelig der og da.

I mye større skala er det nøyaktig samme prinsipp som skaper tordenvær. Inne i en tordensky kolliderer iskrystaller og vanndråper i voldsom fart, noe som river løs elektroner og skiller positive og negative ladninger fra hverandre. Når spenningsforskjellen blir stor nok - ofte rundt 300 millioner volt i et vanlig lynnedslag - slår naturen gnister mellom skyen og bakken for å nøytralisere ladningene.

Forskjell på positiv og negativ ladning i atomet

Positiv ladning (+)

1. Låst fast i atomkjernen og flytter seg ikke i vanlige kjemiske prosesser
2. Protoner inne i atomkjernen
3. Tiltrekker negative ladninger og frastøter andre positive ladninger
4. Oppstår når atomer mister eller gir fra seg elektroner

Negativ ladning (-)

1. Svært lette og kan enkelt hoppe mellom ulike atomer og materialer
2. Elektroner som beveger seg i skall rundt atomkjernen
3. Tiltrekker positive ladninger og frastøter andre negative ladninger
4. Oppstår når atomer tar opp eller samler ekstra elektroner

Vinterstøt på kontoret i Oslo: Slik løste Ingrid problemet

Ingrid, en 29 år gammel grafisk designer i Oslo, fikk kraftige støt hver eneste gang hun reiste seg fra kontorstolen og tok i kaffemaskinen på vinteren. Hun var overbevist om at det var feil på det elektriske anlegget i bygget og unngikk til slutt å ta i metallgjenstander med bare hender.

Først prøvde hun å bytte til tykke ullsokker og fleecegenser fordi hun trodde kulden på kontoret var årsaken. Det gjorde saken bare verre, og hun fikk enda vondere gnister fra fingertuppene hver gang hun rørte ved pulten.

En kollega forklarte henne at tørr vinterluft og syntetiske klær gjorde at hun ladet seg opp med tusenvis av ekstra elektroner når hun gnidde mot stolsetet. Ingrid skaffet en liten luftfukter til skrivebordet og byttet til bomullsklær og sko med lærsåle.

Allerede etter tre dager forsvant de ubehagelige støtene nesten helt, fordi den økte luftfuktigheten lot de negative ladningene sive rolig bort i stedet for å hope seg opp.