Verdeling lading in metalen bol
Suzie12 stelde deze vraag op 09 september 2018 om 11:37.Ik begrijp niet goed hoe het zit met de verdeling van lading in een massieve metalen bol. Mijn vraag heeft betrekking op de volgende vraag:
Een massieve metalen bol heeft een positieve lading van 8,0 micro Coulomb.
A teken de bol en geef daarin aan hoe de positieve lading over de bol is verdeeld, gebruik hiervoor acht plustekens, waarbij elke plus correspondeert met een lading van 1,0 micro Coulomb.
B Geef een toelichting
Vraag a gaf geen problemen. De positieve lading zal zich aan de buitenkant bevinden om zo ver mogelijk van elkaar vandaan te zijn.
Maar bij vraag B, wordt bij het antwoord genoemd dat de binnenkant van de bol in dit geval neutraal zal zijn. Naar mijn idee zou de binnenkant juist negatief geladen zijn. Ik dacht namelijk dat de positieve lading ontstaan is door het loskomen van elektronen, die nu een overmaat aan negatieve lading als gevolg hebben in het midden van de bol..
Reacties
De ladingen (van buitenaf erop aangebracht) gaan zo ver mogelijk van elkaar zitten omdat ze elkaar afgestoten. Denk nu eens een lading in het midden van de bol. Hoe zijn de aantrekkende of afstotende krachten gericht op de lading door die positieve ladingen op de buitenkant? (de bol zelf is neutraal,cdwz bij elke positieve lading zit een negatieve lading die beide een tegengestelde kracht opwekken op de lading in het midden en dus netto niets doen)
Ah oke, ik had niet door dat deze lading van buitenaf aangebracht was. Bedankt!
Zouden, in het geval dat een positieve lading in het midden van de bol wordt gebracht, de positieve deeltjes van het neutrale midden van de bol naar buiten bewegen en de negatieve deeltjes naar de positieve lading in het midden? Of zou enkel door de positieve ladingen aan de buitenkant het positieve deeltje naar het centrum geduwd worden door elektrische kracht?
Positieve ladingen kunnen zich in een metalen bol niet fysiek verplaatsen: die (protonen) zitten gevangen in de atoomkernen.
Het aanbrengen van een positieve lading middenin de bol komt dus neer op het verwijderen van elektronen daarvandaan.
De energetische toestand (streven naar een toestand van minimale potentiële energie, zoals iets op afstand van de aarde ook naar de aarde toe zal vallen indien dat kan) van de bol als geheel wordt dan hersteld doordat elektronen van de buitenkant naar de binnenkant bewegen. Positief geladen (atoomkernen met een elektron te weinig in de buurt) en dus elkaar afstotende deeltjes zitten dan zo ver mogelijk uiteen.
Stel je daarbij niet voor dat het je lukt om een groot deel van de elektronen uit zo'n metalen bol te verwijderen. Een demonstratie-Vandegraaffgenerator zoals je die in Technopolis of Nemo tegenkomt komt niet verder dan hoogstens enkele tientallen microcoulombs, en dat betekent dan een overschot op de buitenkant van rond de 6·1013 elektronen . Een vierkante centimeter aluminium, één atoomlaag dik, bevat al rond de 4·1015 atomen. Zo'n bol op een vandegraaffgenerator heeft dan toch minstens een buitenoppervlak van 1000 cm² en dus rond de 4·1018 alumiumatomen in het buitenste schilletje . Dus met zo'n supersterke lading die een paar honderdduizend volt potentiaalverschil met de aarde oplevert is nog maar ruwweg één op de honderdduizend atomen in zo'n buitenste schilletje een elektron "kwijt". En onder elk atoom in dat schilletje zitten er nog triljoenen dieper in die bol.
Beetje duidelijker zo?
groet, Jan
Suzie12 plaatste:
..//.. een grotere positieve lading aan de buitenkant ..//..En door dat "verspreiden" ontstaan er grotere afstanden tussen de afzonderlijke ladingen. En dat is gunstig vanuit een oogpunt van elektrische potentiële energie.
groet, Jan
Net zo als je van grote afstand de aarde als massapunt kunt zien met een massa gelijk aan de gehele aarde.
