Elektrische lading

Elektrische lading, vaak kortweg lading genoemd, is een natuurkundige grootheid (symbool Q) die aangeeft op welke manier een deeltje wordt beïnvloed door elektrische en magnetische velden. Voorwerpen kunnen zowel positief als negatief geladen zijn. Gelijke ladingen stoten elkaar af, terwijl tegengestelde ladingen elkaar juist aantrekken. Lading wordt gemeten in de Coulomb (C).

[bewerk] Spanning en capaciteit

Geladen deeltjes van dezelfde polariteit stoten elkaar af met een kracht die toeneemt bij afnemende afstand tussen de deeltjes. Bij het vergroten van het aantal geladen deeltjes in een geleider neemt de afstand tussen de deeltjes af, waarmee het steeds meer kracht kost extra lading toe te voegen. Deze kracht heet de elektromotorische kracht of spanning. Een geleider die veel lading opneemt bij een gegeven spanning heeft een hoge capaciteit.

Bijzondere constructies zijn bedacht voor het opslaan van veel lading in een kleine ruimte. Zulke componenten heten condensators (Engels capacitor) en maken gebruik van de aantrekkende kracht van ongelijk geladen deeltjes om de afstotende kracht van gelijk geladen deeltjes op te heffen.

Lading kan ook opgeslagen worden op een, t.o.v. de aarde geïsoleerde, metalen bol (zoals die wordt toegepast bij de Van de Graaffgenerator). Als de lading echter te groot wordt, treedt er door ionisatie lek op naar de lucht wat bij voldoende lading ook met vonken gepaard kan gaan. De maximale hoeveelheid lading (en daarmee ook de elektrische spanning) op een elektrisch geleidende bol is lineair afhankelijk van de grootte (diameter) van die bol. Bij het vergroten van de bol wordt het gevaar voor de mens steeds groter, omdat de ontlading dan tot te grote stroomsterktes kan leiden. Bij een elektrische stroom van meer dan 100 mA treedt bij mensen de dood in (zie ook: blikseminslag bij mensen).

[bewerk] Eenheden van lading

Voor zover bekend komt elektrische lading in de natuur alleen voor in heeltallige veelvouden van de elementaire lading, e. Deze is gelijk aan de lading van het proton en heeft een waarde van circa 1,6 × 10^-19 C. Het elektron heeft precies dezelfde lading, maar dan negatief. Ladingen die geen veelvoud zijn van e komen alleen voor in quarks, waarvan de lading een veelvoud is van e/3 maar die in tegenstelling tot protonen en elektronen niet los kunnen voorkomen.

In de 'gewone' materie, die opgebouwd is uit protonen, neutronen en elektronen, wordt een positieve lading veroorzaakt door een elektronentekort en een negatieve lading door een elektronenoverschot. De verplaatsing van elektronen in een kringloop wordt elektrische stroom genoemd.

[bewerk] Wet van Coulomb

De wet van Coulomb drukt de aantrekking of afstoting van geladen voorwerpen in rust uit in formulevorm. Deze wet is een speciaal geval van de wetten van Maxwell, de algemene wetten van het elektromagnetisme. Deze drukken de kracht die twee voorwerpen op elkaar uitoefenen niet direct uit in hun lading, maar maken gebruik van elektrische en magnetische velden die de wisselwerking overbrengen. Elektrische ladingen veroorzaken elektrische velden. Bewegende elektrische ladingen daarnaast ook magnetische velden; deze velden planten zich met de lichtsnelheid voort en beïnvloeden op hun beurt andere (bewegende) ladingen.

[bewerk] Geschiedenis

Elektrische lading is al in de klassieke oudheid ontdekt door de Grieken, die ontdekten dat barnsteen, als het met een vacht was opgewreven, lichte deeltjes kon aantrekken. Het verschijnsel elektriciteit is dan ook genoemd naar het Griekse woord voor barnsteen, ηλεκτρον (elektron).

In de 18e eeuw werd elektriciteit zeer populair, onder andere door de gevaarlijke maar spectaculaire experimenten met bliksem door Benjamin Franklin. In die periode werden ook allerhande elektriseermachines ontwikkeld, waarmee allerlei ziekten en kwalen genezen zouden kunnen worden, maar waarmee ook amusement werd bedreven. Nog steeds is het spectaculair een persoon onder elektrische lading te zetten, zodat zijn (of liever nog: haar) haar alle kanten op gaat staan.

Dat de eenheid van elektrische lading gekwantiseerd is, werd ontdekt door Robert Millikan, die kleine, verstoven, oliedruppels in een elektrisch veld liet zweven. Door de snelheid van het vallen of stijgen van deze druppeltjes te bepalen kan de elementaire lading worden bepaald.

De huidige theorie met betrekking tot elektromagnetisme staat in principe naast elektrische lading ook magnetische lading toe. Deze lading zou zich manifesteren als magnetische monopolen, die echter tot op heden niet gevonden zijn.

Verder baseerde Einstein zijn postulaat dat de lichtsnelheid constant is in elk inertiaalsysteem op een discrepantie in de wetten van Maxwell. Voor die wetten bleek Galileïsche relativiteit namelijk niet op te gaan. Een lading zou magnetische of elektrische krachten ondervinden naargelang de beweging van de persoon die de lading observeert. Om deze schijnbare fout op te lossen, introduceerde Einstein elektrodynamische relativiteit, die ook gevolgen bleek te hebben voor de mechanica van Newton.