Elektrisk ladning

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Hopp til: navigasjon, søk
En ladning finnes i feltet mellom to ledere, her kuler. Det ligger en spenning mellom kulene, med de viste polariteter

Elektrisk ladning er et naturfenomen og er en egenskap ved subatomære partikler. Det er protonene og elektronene som har denne egenskapen, nøytronene har den ikke. Disse ladningenes størrelser er uforanderlige, de er naturkonstanter. Selv om ladningene er like store i tallverdi for hver slik partikkel, er protonene positivt og elektronene negativt ladet. Ladningens absolutte størrelse er kalt e, og den er kalt elementærladningen. Størrelsen på elementærladningen er 1,60217653(14) × 10-19 C, der C er måleenheten for ladning, coulomb. Formeltegnet er for ladning er Q. Et atom eller molekyl eller annet, der antall protoner og elektroner er likt, betegnes som nøytralt, som i denne sammenheng betyr ladningsløst.

Elektrisk ladning er også et begrep som er svært mye brukt i makroskopisk skala. I den sammenheng er det da utelukkende snakk om forflytning og lagring av store antall elementærladninger. Protoner sitter alltid fast i faste stoffer; ved transport av ladninger i makroskopisk skala er det derfor alltid elektronene som flytter på seg og skaper ubalanse i atomene. Atomer i ubalanse kalles ioner. Slik transport, eller forflytning, av ladninger kalles, og er identisk med, elektrisk strøm. Se ellers om ladningsbærere for utdyping av hva som kan forflyttes.

Kapasitiv ladning er en form for potensiell energi som eksisterer i et elektrisk felt mellom to ledere som er isolert fra hverandre. En ladning utgjøres av et visst antall elektroner, nemlig det antallet som må flyttes fra den negative til den positive lederen for igjen å oppnå likevekt, null ladning. Feltets energi, som alltid er positiv, blir da gitt til den eksterne lederen som transporterer elektronene.

Lederne har en gjensidig kapasitet C, som opptar ladningen. C er målt i farad F. Mellom lederne ligger det en elektrisk spenning U, målt i volt V. Sammenhengen mellom ladning, kapasitansens størrelse C og spenning er gitt av Q = C*U. Flere formelmessige sammenhenger, som energimål, finnes i artikkelen om Kondensator (elektrisk). For å unngå forvirring: Bokstaven C her i artikkelen har to helt forskjellige betydninger: som måleenhet for ladning Q, og som størrelsen til en kapasitans, kapasiteten til en kondensator.

Ladningsforflytning: Elektrisk strøm er som sagt identisk med forflytning av elektrisk ladning. En coulomb tilsvarer ett amperesekund As. Med 1 A strøm gjennom en leder flyter det altså 1,6 × 1019 elektroner forbi hvert sekund. Likeledes må 1,6 × 1019 elektroner flyttes tilbake mellom elektrodene i en kapasitet som er fylt med 1 As ladning, for å tømme den.

Kjemisk ladning: Liksom elektriske felt i en kapasitans kan oppta og avgi energi i form av elektrisk ladning, kan elektriske ladninger også opptas i kjemiske stoffer ved at de endrer seg fra ett stoff (molekyltype) til et annet. Energien tas ut ved at elektronene flyttes tilbake, og kjemien endrer seg da også tilbake. Dette skjer i en akkumulator, eller et elektrisk batteri. Slike batterier har en gitt polaritet og de ødelegges dersom polariteten reverseres. Språkbruken er opplading og utlading av batterier.

Storskala:Ved spesielle værfenomener kan vanndråpene i skyene bli ladet, enten ved for mange (negativ ladning) eller ved for få (positiv ladning) elektroner i forhold til antall protoner i dråpene. Slike ladninger kan lade seg ut ved lynnedslag. Her ses tydelig at det er lederen som tømmer kapasitansens ladning som mottar dens energi.