9.1 Elektrisk laddning

På 600-talet f.Kr. observerade grekerna att bärnsten som gneds kunde dra till sig lätta föremål. Efterhand upptäckte man flera ämnen med samma egenskap. Den förste vi känner till som studerade fenomenet systematiskt var den engelske fysikern William Gilbert (1544–1603). Han kallade den gåtfulla attraktionen för elektrisk kraft, efter det grekiska ordet elektron som betyder bärnsten.

9.1 Bärnsten är från början flytande kåda från träd som växte för mer än 20 miljoner år sedan.

Numera förklarar vi elektriska fenomen med begreppet elektrisk laddning. Fransmannen Charles Dufay (1698–1739) var den förste som visade att det finns två slags laddningar men det var amerikanen Benjamin Franklin (1706–1790) som införde begreppen positiv och negativ laddning. Det skulle dock dröja ända till 1900-talet innan man visste att elektronen har negativ laddning och att protonen har positiv laddning.

Vi vet inte vad elektrisk laddning egentligen är, men vi kan beskriva några av dess egenskaper. Du kan själv visa detta genom att gnida en glasstav med silke eller en plaststav med ylle och genomföra försöket i figur 9.2. Om du låter glasstaven beröra en flädermärgskula som hänger i en silkestråd så kommer den att få samma typ av laddning som staven och stötas bort från den. Om du nu för en laddad plaststav mot den av glasstaven laddade flädermärgskulan, kommer flädermärgskulan att dras till staven.

9.2 Två föremål som båda är positivt laddade stöter bort varandra. Om föremålen har olika laddning attraherar de varandra.

Har du tänkt på att du själv mer eller mindre frivilligt har gjort sådana här försök. Under vissa omständigheter kan man ju själv bli laddad! Du kanske till och med har märkt att du själv lättare blir uppladdad av ledstänger eller heltäckningsmattor på vintern när inomhusluften är torr.

Nu kan man ju undra vad som sker när vi gnider föremål så de blir elektriskt laddade. För att kunna svara på detta måste vi se på atomernas uppbyggnad. All materia är uppbyggd av atomer. I atomerna finns det lika många elektroner utanför kärnan som protoner inne i kärnan. Detta betyder att en atom är elektriskt neutral. Men atomer kan släppa ifrån sig eller ta till sig elektroner, till exempel då man gnider ett föremål. Atomer som släpper ifrån sig elektroner får ett överskott av positiv laddning och atomer som tar till sig elektroner får ett överskott av negativ laddning.

Elektrisk laddning är en grundläggande egenskap hos materien. Precis som energi kan laddning varken skapas eller försvinna. När föremål gnids mot varandra skapar vi inga nya laddningar utan en del av elektronerna vandrar över från en del av atomerna i det ena föremålet till en del av atomerna i det andra föremålet.

Elektrisk laddning har fått symbolen $Q$. Enheten för laddning är coulomb, $\text{C}$.

Runt 1910 lyckades amerikanen Robert Millikan att mäta elektronladdningen. Den är $$e = 1{,}60 \cdot 10^{-19} \text{ C, laddningen är negativ}$$ Laddningen hos en proton är lika stor men positiv.

Laddningen $e$ kallar vi den elektriska elementarladdningen. I avsnitt 9.3 får du en närmare beskrivning av hur Millikan gick tillväga när han bestämde laddningens storlek.