DIY Electrostatic Experiment Magic Show Educational Toy

Datum:  Februari 2017

Inleiding:

Op Chinese websites kan men soms goedkoop  educatieve speelgoed vinden dat wel de moeite waard is om even mee te spelen. Zo ook dit bouwpakketje

Materiaal:

  • DIY Electrostatic Experiment Magic Show Educational Toy
  • Doorzichtige plastic beker.
  • Mobiele telefoon
  • Metalen voorwerp bv pincet

Uitvoering:

  • Het pakket wordt geleverd zonder de plastic beker die men daarom zelf moet verwerven.
  • Monteer de opstelling zodat hij er uiteinde uitziet als in de getoonde foto's.
  • Zet de schakelaar om zodat de piepschuim balletjes flink wervelen.
  • Schakel de stroom uit en oberveer.
  • Maak een filmpje m.b.v. je mobiele telefoon.
  • Beweeg met het metalen voorwerp over de beker heen en observeer.

Resultaten:

Assemblage en uitvoering

Filmpjes elektrostatisch opladen en opgeladen
Opladen Opgeladen

YouTube link: Elektrostatisch opladen

YouTube link: Elektrostatisch geladen

Discussie:

Statische elektriciteit, of ‘elektrostatica’ is de benaming voor elektriciteit die zich voordoet in slecht- of niet-geleidende stoffen. De aard van de stof en elektrische ladingen zijn dus nauw met elkaar verbonden. De elektrische lading ligt in de atomaire structuur verankerd, de positief geladen kern (protonen en neutronen) en de negatief geladen elektronen gegroepeerd in orbitalen ronde deze kern. De bron van de elektriciteit zijn de elektronen die losgerukt worden uit deze posities. In sommige verbindingen, de geleiders (vaak metalen), kunnen deze elektronen min of meer vrij rondzwermen. Als het niet of zeer moeilijk is om elektronen los te weken en als deze niet vrij rond kunnen bewegen dan spreekt men van een isolator.  Het vrijmaken van elektronen uit atomen aan de oppervlakte van vaste stoffen verklaart het laden van lichamen door het wrijven van stoffen als barnsteen en kattevel. Van de twee gewreven stoffen zal die waarvan de elektronen het gemakkelijkst loslaten elektronen verliezen en positief geladen worden en de andere stof wordt negatief geladen door het verzamelen van de overtollige elektronen. We spreken dan van statische elektriciteit.

In dit experiment veroorzaken we oplading door de wrijving van de korreltjes met de beker en met elkaar als we de stroom inschakelen en de deeltjes beginnen rond te wervelen.

Er ontstaat ladingsverschil tussen de bolletjes en de beker waardoor de bolletjes tegen de beker aan plakken.

Door nu een metalen voorwerp tegen het bekertje aan te houden onttrekken we lokaal elektronen. Het potentiaalverschil tussen de bekerwand en de bolletjes neemt af waardoor deze een min of meer gelijke lading krijgen en elkaar gaan afstoten.

Literatuur:

  • Richard T. Weitner and Robert L. Sells; "Elementary Classical Physics - Volume 2"; 2nd Ed. ; 1973; Allyn and Bacon; ISBN 020503598; blz 451-465.
  • Henk Mulder; "Zelf doen 1: Spelen met ladingen"; DJO; 1 1975; p. 8-10
  • Arthur F. Kip; "Elektriciteit en magnetisme"; Het Spectrum; 1967; ISBN 9027475067; p. 22-24.
  • A.D. Moore; "Electrostatics"; 2nd Ed; Laplacian Press;1997; ISBN 1885540043.
  • S.J. Geerlings; "Theorie de Elektriciteit - deel I"; 12de druk; VEV; p. 7-12.

Relevante websites:

Opmerkingen:
 
Thales van Milette merkte reed 600 jaar v. Chr. op dat een stuk barnsteen (in het Grieks: electron) gewreven met een wollen lap lichte voorwerpen zoals kleine stukjes papier kon aantrekken en daarna afstoten. Omstreeks 1540 onderzocht de Engelse geneesheer William Gilbert dit fenomeen en ontdekte dat naast barnsteen vele andere stoffen zoals zwavel, glas en hars door wrijving met wollen of zijden doeken ook in deze toestand te brengen waren. Naast het woord "electron" ging men spreken van elektriciteit en van elektrische verschijnselen. Men zei, dat de gewreven stof in een elektrische toestand kwam of met elektriciteit geladen werd. Een niet-geladen lichaam noemde men neutraal.

Men toonde dit aan door een vlierpitbolletje op te hangen aan een zijden draad. Een glazen staaf, die met een zijden of wollen lap gewreven was, hield men bij het vlierpitbolletje, dat dan door de staaf werd aangetrokken. Als aanraking eenmaal had plaatsgevonden werd het bolletje afgestoten.

Wanneer men twee bolletjes elk aan een zijden draad ophing dan zag men hetzelfde gebeuren; waren beide bolletjes door de staaf aangeraakt dan gingen ze elkaar afstoten.
Het experiment werd ook uitgevoerd met een koperen staaf, waaraan een glazen handvat bevestigd was. Werd zo'n koperen staaf met een kattevel gewreven, dan bleek deze staaf dezelfde eigenschappen te krijgen. Werd de koperen staaf even met de vinger aangeraakt, hetzij op het gewreven gedeelte, hetzij op een andere plek dan bleek ze het vermogen om een bolletje aan te trekken direct verloren te hebben, de staaf bleek dan ontladen te worden. Alle metalen bleken zich te gedragen als koper.

Men kwam tot de gevolgtrekking dat er twee soorten ladingen moesten bestaan op basis van experimenten die door Dufay in 1733 werden uitgevoerd.

Als men op een isolerend statief een glasstaaf positioneert die men met een zijden doek gewreven heeft en daarna een glasstaaf, die op dezelfde manier behandeld is, in de nabijheid van deze staaf brengt dan kan men waarnemen dat deze elkaar afstoten. De eerste staaf draait weg van de naderende staaf. Hetzelfde fenomeen kan men waarnemen bij ebonieten staven.

Dufay sprake nog van "glaselektriciteit" en van "harselektriciteit" maar Franklin voerde in 1750 de nog steeds gehanteerd benamingen van positieve en negatieve ladingen.

Men onderkende de eigenschappen:

  1. Twee lichamen krijgen door wrijving tegen elkaar een even grote, maar tegengestelde lading.
  2. Twee gelijknamig geladen lichamen stoten elkaar af, twee ongelijknamig geladen lichamen trekken elkaar aan.

Volgens de wet van Coulomb is deze kracht (F) gelijk aan het product van de ladingen (Q1 en Q2) gedeeld door het kwadraat van de afstand (r2).

Men kan de wet van Coulomb ook als volgt uitdrukken: Dee aantrekkende of afstotende kracht is recht evenredig met de ladingen en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand.

12/05/2017