Elektrische lading
De grootte van de lading van één elektron is 1.602176634 × 10⁻¹⁹ coulomb; één coulomb komt dus overeen met de ladingsgrootte van ongeveer 6.24 miljard miljard elektronen.
Waarom een gewreven ballon aan de muur plakt
Wrijf een ballon over een wollen trui en hij blijft vanzelf aan een muur hangen. Huishoudfolie kleeft aan een schaal, een sok komt uit de droger vastgeplakt aan een shirt en een kam die door droog haar is gehaald, trekt papiersnippers aan. Duizenden jaren geleden merkte men hetzelfde op bij barnsteen, een versteende boomhars: gepolijste barnsteen trekt strootjes naar zich toe. Het woord elektrisch komt van het Griekse woord voor barnsteen, elektron. Dit zijn allemaal gevolgen van elektrische lading. In elk geval ontstond die lading doordat twee materialen tegen elkaar werden gewreven.
Twee soorten lading
Experimenten met gewreven staven laten zien dat er precies twee soorten lading zijn. Wrijf twee glazen staven met zijde en hang ze bij elkaar: ze stoten elkaar af. De twee zijden doeken stoten elkaar ook af. Maar een glazen staaf en een zijden doek trekken elkaar aan. Benjamin Franklin noemde de twee soorten positief en negatief. De regel is eenvoudig: gelijke ladingen stoten elkaar af en tegengestelde ladingen trekken elkaar aan. De kracht wordt zwakker naarmate de ladingen verder uit elkaar komen. Daarom moet de ballon de muur raken of er heel dicht bij zijn.
Waar komt de lading vandaan? Elk atoom heeft een kern met positief geladen protonen en in de meeste atomen ook ongeladen neutronen, omgeven door negatieve elektronen. Een gewoon atoom heeft evenveel elektronen als protonen. Zijn totale lading is dus nul en we noemen het neutraal. Protonen zitten opgesloten in de kern, maar sommige elektronen zijn losjes gebonden. Door wrijving gaan elektronen van het ene oppervlak naar het andere. Wanneer barnsteen met zijde wordt gewreven, krijgt de barnsteen elektronen en wordt negatief. De zijde verliest elektronen en wordt positief. Er ontstaat niets: de lading verplaatst zich alleen.
Hoeveel lading? De coulomb
Lading wordt gemeten in coulomb, geschreven als C. De kleinste vrije lading in gewone materie is de lading van één proton, de elementaire lading e. Sinds 2019 is de waarde daarvan exact vastgelegd: e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C. Een elektron draagt −e en een proton +e. Omdat elk elektron maar zo'n klein deel van een coulomb draagt, is één coulomb een enorm aantal elektronen: 1 ÷ (1.602176634 × 10⁻¹⁹) ≈ 6.24 × 10¹⁸. De lading van een voorwerp bestaat altijd uit gehele veelvouden van e. Je kunt 3e of 1 000 000e hebben, maar nooit 2.5e. Natuurkundigen zeggen dat lading gekwantiseerd is.
De tweede regel is behoud van lading: de totale lading van een geïsoleerd systeem verandert nooit. Als je de ballon over je haar wrijft, krijgt de ballon precies evenveel negatieve lading als je haar positieve lading krijgt. Tel je die op, dan blijft het totaal nul. Van gewreven ballonnen tot deeltjesbotsingen is deze regel nog nooit in strijd met een waarneming gebleken.
Geleiders en isolatoren
In metalen zijn sommige elektronen niet aan één bepaald atoom gebonden. Deze vrije elektronen kunnen door het hele stuk metaal bewegen, waardoor lading er gemakkelijk doorheen gaat. Zulke materialen heten geleiders: koper, aluminium, zilver en goud zijn goede voorbeelden. In kunststof, rubber, glas en droge lucht blijft vrijwel elk elektron bij zijn atoom, zodat lading nauwelijks beweegt. Dit zijn isolatoren. Een huishoudkabel gebruikt beide: koper binnenin om de lading te vervoeren en kunststof eromheen om te voorkomen dat de lading je hand bereikt. Wrijven werkt het best bij isolatoren, omdat de verplaatste lading blijft zitten in plaats van zich te verspreiden.
Van stilstaande naar stromende lading
Een gewreven ballon houdt zijn lading vast totdat hij iets aanraakt. Een batterij werkt anders: die blijft lading door een gesloten lus van draad duwen. Hieronder stellen de blauwe stippen elektronen voor die door de draad bewegen. Je leest af hoeveel coulomb elke seconde door de batterij gaat en met hoeveel elektronen dat overeenkomt.
Sleep om te draaien. Scroll of knijp om te zoomen.
| Elementaire lading e | 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C, exact |
| Coulomb (C) | Eenheid van lading, ongeveer 6.24 × 10¹⁸ elektronen |
| Gelijke ladingen | Stoten af |
| Tegengestelde ladingen | Trekken aan |
| Behoud van lading | Totale lading van een geïsoleerd systeem blijft gelijk |
| Geleider | Materiaal met vrije elektronen, zoals koper |
| Isolator | Materiaal waarin lading nauwelijks beweegt, zoals kunststof |
- Twee soorten lading: gelijk stoot af, tegengesteld trekt aan.
- Door wrijving verplaatsen elektronen zich. Het materiaal dat ze krijgt, wordt negatief; het materiaal dat ze verliest, wordt positief.
- e = 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C; 1 C ≈ 6.24 × 10¹⁸ elektronen.
- Lading blijft behouden en komt in gehele veelvouden van e.
- Geleiders hebben vrije elektronen, isolatoren niet.
- Een positief geladen staaf wordt bij een negatief geladen bol gebracht. Wat gebeurt er?
- Ze trekken elkaar aan
- Ze stoten elkaar af
- Niets
- Met zijde gewreven barnsteen wordt negatief. Wat gebeurde er?
- De barnsteen kreeg elektronen
- De barnsteen kreeg protonen
- De zijde kreeg elektronen
- Hoeveel elektronen komen overeen met 1 C? Geef het antwoord in eenheden van 10¹⁸, op twee decimalen.
- Een ballon krijgt 10¹² extra elektronen. Hoe groot is zijn lading, uitgedrukt in eenheden van 10⁻⁷ C? Geef twee decimalen.
- Welke lading is onmogelijk voor een voorwerp?
- 2.5 e
- 3 e
- −1000 e
- Tijdens het wrijven over een ballon krijgt je haar +5 nC. De ballon krijgt:
- −5 nC
- +5 nC
- 0
- Wat is een goede geleider?
- Koper
- Rubber
- Droog glas
- Kunststof
- Waarom hebben kabels aan de buitenkant kunststof?
- Kunststof is een isolator
- Kunststof geleidt stroom beter
- Kunststof bewaart lading voor later
- Een neutraal atoom heeft 6 protonen. Hoeveel elektronen?
- 6
- 0
- 12
- 3
- In de schakeling gaat elke seconde 0.5 C door de batterij. Hoeveel elektronen per seconde zijn dat, uitgedrukt in eenheden van 10¹⁸? Geef je antwoord op twee decimalen.
Bronnen van deze cursus (14)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 18.1 Static electricity and charge (amber and the Greek word elektron, like charges repel, glass and silk, Franklin)
- 20.1 Current (I = ΔQ/Δt, 1 A = 1 C/s, truck battery 720 C in 4.00 s, calculator 0.300 mA, conventional current traced to Franklin, drift speed of order 10⁻⁴ m/s, 12-gauge copper wire 2.053 mm, copper density 8.80 × 10³ kg/m³)
- 20.2 Ohm's law (Ohm first showed I ∝ V by experiment, ohmic materials, headlight 12.0 V and 2.50 A = 4.80 Ω, dry person hand to foot about 10⁵ Ω)
- 20.3 Resistance and resistivity (Table 20.1: silver 1.59, copper 1.72, gold 2.44, aluminium 2.65, tungsten 5.6, iron 9.71, nichrome 100, all × 10⁻⁸ Ω·m; headlight cold 0.350 Ω)
- 20.4 Electric power and energy (P = IV = V²/R = I²R, kWh, 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J, 60 W bulb for 1000 h at 12 cents per kWh = $7.20, 15 W CFL)
- 20.6 Electric hazards and the human body (thermal and shock hazards, short circuit 120 V across 0.100 Ω = 144 kW, worn cord 2.00 Ω at 10.0 A = 200 W, fuses and circuit breakers, Table 20.3 shock effects, dry skin 200 kΩ, wet 10.0 kΩ)
- 21.1 Resistors in series and parallel
- 21.2 Electromotive force and internal resistance
- 21.3 Kirchhoff's rules
- 23.8 Electrical safety (three-wire system, earth/ground wire, double insulation, GFI trips above 5 mA)
- NIST CODATA elementary charge 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exact (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e)
- Safety text is general information, not advice for working on mains wiring. Linda Hall Library, Scientist of the Day: Georg Ohm (lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/georg-ohm, experiments 1825 and 1826 with a compass needle, Die galvanische Kette 1827)
- Smithsonian Libraries, Die galvanische Kette (library.si.edu/digital-library/book/diegalvanischeke00ohmg, first publication of Ohm's law, ridiculed at first)
- IEC 60038:2009 standard voltages (230 V grew out of 220 V and 240 V systems; 220 V still used).
Geraadpleegd: 2026-10-17