13
Een verbinding maken tussen een voorwerp en de aarde noemen we ook ‘aarden’.
Een metaal in vaste toestand bevat vrije (negatieve) elektronen en vaste (positieve) roosterionen. Meer algemeen geldt: een geleidend materiaal bevat vrije ladingen; een isolator bevat geen vrije ladingen. Voor een niet-geladen stuk metaal is de lading aan vrije elektronen en roosterionen even groot, maar tegengesteld. Daardoor is de metalen bol in fig. a neutraal. Maar een metaal kan ook vrije elektronen opnemen en daardoor negatief geladen worden. De opgenomen elektronen kunnen vrij in het metaal bewegen en verspreiden zich omdat ze elkaar afstoten (fig. b). Raak je de geladen geleider aan met een isolator, dan gebeurt er niets (fig. c). Raak je de geladen geleider aan met een andere geleider (bv. je lichaam), dan zullen de elektronen door die geleider naar de aarde gaan. Hierdoor verdwijnt de opgenomen lading van de geleider (fig. d). Dat gebeurt bv. ook bij de strip die onderaan een auto bevestigd is.
metalen bol fig a
opname elektronen fig b
aarding met isolator fig c
aarding met geleider fig d
Bij een niet-geladen isolator is de lading aan elektronen en protonen even groot. Daardoor is de isolator in fig. a neutraal. Een isolator kan ook elektronen opnemen en negatief geladen worden. In zo’n negatief geladen isolator kunnen de elektronen echter niet vrij bewegen: ze blijven op de plaats waar ze zijn gebracht (fig. b). Raak je de isolator aan met een geleider, dan zullen er praktisch geen elektronen naar de aarde gaan: de isolator blijft geladen (fig. c).
isolator fig a
☞
geladen isolator fig b
aarding met geleider fig c
In een geleider kunnen de opgenomen elektronen vrij bewegen. In een isolator kunnen de opgenomen elektronen niet vrij bewegen. In metalen in vaste toestand zijn de beweeglijke ladingen de vrije elektronen. Maar ook vloeistoffen en gassen kunnen elektrisch geleidend zijn als ze vrije ladingen bevatten! In de lessen chemie leerde je dat in zuiver water bij kamertemperatuur 1 op 550 miljoen moleculen H2O gesplitst is in H+ en OH–-ionen. Daaruit kan je berekenen dat in 1 cm3 1 · 1014 H+ en OH–-ionen voorkomen. Die ionen kunnen vrij bewegen. Het aantal vrije ladingen per volume-eenheid (bv. per cm3) is de dichtheid aan vrije ladingen. Voor zuiver water is de dichtheid aan vrije ladingen groter dan voor germanium (Ge) (zie tabel). Toch is water een slechtere geleider omdat de ionen H+ en OH– een grotere massa hebben dan de vrije elektronen van Ge en daardoor minder beweeglijk zijn.
E LE K TR IC ITE IT
☞