Een wetenschappelijke vraag?

‹ Terug naar de zoekresultaten

Wat is de bedoeling van aarding?

Thema: Fysica

Vraag gesteld door: Merel (16 jaar)

Context van de vraag:

Wanneer een staafje (1) aan één kant positief geladen is en aan de andere kant negatief geladen is, geven we via aarding elektronen bij. (Het staafje kan aan één kant negatief geladen zijn omdat een ander positief geladen staafje 2 (dat verticaal evenwijdig gelegen is met staafje 1) de elektronen van het staafje 1 naar zich toe trekt). Staafje 1 is voor het in contact kwam met de aarde dus neutraal. Maar waarom wordt er dan van dat staafje via aarding een negatief geladen staafje van gemaakt? Was de bedoeling van aarding dan niet om de negatieve lading van een voorwerp weg te krijgen?

Antwoord:

Beste,

 

Uw vraag is niet erg duidelijk. Toch ga ik proberen een sluitende uitleg te geven (via een omweg).

In principe is elk materiaal elektrisch neutraal. Dat wil zeggen dat er evenveel protonen (positief geladen deeltjes) zijn als elektronen. De protonen zitten in de atoomkern, waardoor ze niet mobiel zijn (zitten verankerd in het materiaal). De elektronen vliegen rond de atoomkern en zijn dus mobiel. Afhankelijk van de aard van het materiaal zijn die elektronen  niet mobiel (isolator), weinig mobiel (halfgeleider), of heel mobiel (geleider). Door een elektrisch veld, of door een magnetisch veld, of door wrijving kunnen die elektronen in beweging worden gebracht (je kan ze van het materiaal wrijven zodat ze over gaan in het materiaal waarmee je wrijft (kan o.a. lucht zijn of een wollen doek).

De aarde bestaat uit een mengeling van geleiders/isolatoren en halfgeleiders, maar is overwegend geleidend. De oppervlakte van de aarde heeft dus geen ladingsverschillen, en wordt daarom een equipotentiaal vlak genoemd (een vlak met dezelfde potentiaal).

Wanneer een materiaal geleidend is kan er geen "positieve" of "negatieve" kant zijn. Positief of negatief wil zeggen dat er een onevenwicht is in de verdeling van elektronen over het materiaal, wat bij geleiders onmogelijk is. Er kan wel een algemeen tekort of overschot aan elektronen zijn. Dat merk je in de zomer wanneer je uit de auto stapt en een kleine elektrische schok ervaart. Dat komt omdat het koetswerk van de wagen (door de wrijving met de lucht) elektronen verliest, De banden isoleren het koetswerk van de aarde zodat het tekort niet aangevuld kan worden. Uw lichaam is een geleider waardoor het onevenwicht hersteld kan worden. (https://nl.wikipedia.org/wiki/Statische_elektriciteit). De wagen staat "onder spanning", m.a.w. er is een onevenwicht in elektronen t.o.v. de aarde. Dat onevenwicht verdwijnt wanneer de elektronen zich (via een geleider) kunnen verplaatsen.

Je kan dus een isolerend materiaal (eboniet, plastic,...) elektrisch opladen/ontladen door wrijving met een ander object (wollen doek, lucht, ...). De elektronen die werden toegevoegd/verwijderd komen van "ergens" of moeten "ergens" naar toe. Omdat alles uiteindelijk verbonden is met de aardbol (aarding (opzettelijk met een aardingsdraad, of via geleiding door de lucht of andere materialen (het lichaam van de persoon die met het doek wrijft)) fungeert die aarde als een reservoir. Wanneer er een onevenwicht is in die lading, en er wordt de mogelijkheid geboden om via geleiding de elektronen verplaatsen, gaan die zo bewegen dat de uiteindelijke lading opnieuw neutraal is (er vloeit een stroom die het verschil in spanning (spanning=verschil in potentiaal=onevenwicht in elektronen) wegwerkt).

Iets gelijkaardig gebeurt ook wanneer je een"geladen" staaf in de buurt van een "neutrale" staaf brengt. De lading die te veel (negatief geladen) of te kort (positief geladen) si gaat zich verdelen over beide objecten waardoor beide (maar in mindere mate) negatief of positief geladen gaan zijn.

Wanneer het andere object de aarde is (die geleidend is en ontzettend groot), gaat het onevenwicht tussen object en aarde verdwijnen. Het kan dus zijn dat de aarde het te veel aan elektronen van het object opvangt, of het tekort aanleverd. Maar na de aanraking zijn beiden op dezelfde potentiaal.

De potentiaal van de aarde is dus niet steeds dezelfde (er kunnen immers elektronen tijdelijk op geïsoleerde objecten zitten), maar omdat ze zo groot is (en dus massaal veel elektronen bevat) heeft dat tijdelijk onevenwicht een verwaarloosbare invloed op de potentiaal ervan. Je kanhet vergelijken met een vliegtuig dat opstijgt. Zolang het vliegt is de aarde lichter geworden, en veranderd haar massa. De afwijking is echter totaal verwaarloosbaar t.o.v. de totale massa, waardoor er geen effecten zijn. Mocht de aarde 1% van haar massa verliezen, zou dat gevolgen hebben op de baan van de aarde t.o.v. de zon.

 

Deze vraag werd beantwoord door:
Ing Marc Roggemans

Thomas More

  • Richting Morgen
  • WetenschapsInformatieNetwerk
  • FRIS Onderzoeksportaal
  • EWI