Vad händer om du skruvar ur lampan i julgransbelysningen? Varför blir det så?

Transkript

1 Varför slår blixtar ofta ner i höga byggnader? När skillnaden i laddning mellan marken och molnet blir tillräckligt stor ger sig en blixt av från molnet till marken. När en blixt slår ner tar den oftast den kortaste vägen. Det är därför blixten slår ner i den högsta punkten. I en stad kan det vara ett kyrktorn och ute på sjön kan det vara masten på en segelbåt. Vad händer om du skruvar ur lampan i julgransbelysningen? Varför blir det så? Oftast är det så att alla lampor slocknar, eftersom lamporna ar kopplade i serie. Om man istället parallellkopplar lamporna så lyser de andra lamporna även när en går sonder. Vi har fler och fler apparater i våra hem. Hur ska vi lösa det ökade behovet av elektricitet i framtiden? Ett sätt är att använda elektriciteten effektivare, dvs. att få varje apparat att använda mindre elektrisk energi. Vi behöver även tanka på att skapa elektricitet med hjälp av förnybara energikällor. 2.1 Elektrisk laddning Första steget är atomkärnans och elektronernas laddning. Vi går vidare med hur elektriskt laddade föremål påverkar varandra och att naturen strävar efter att utjämna skillnader i laddning. Exemplet åska tas upp här. Övergången till nästa avsnitt blir naturens strävan att utjämna skillnader i laddning som kan ge upphov till det vi kallar elektrisk ström.

2 Atomen Alla atomer består av en kärna. Kärnan består av två slags partiklar protoner (p + ) och neutroner (n). Kring atomkärnan kretsar elektroner (e - ) på olika avstånd från kärnan Protoner är positivt laddade(+) Neutroner är oladdade (0) Elektroner är negativt laddade ( ) P + = e - Hur många protoner, neutroner och elektroner en atom innehåller, beror på vilket ämne det är. I varje atom finns det lika många elektroner som protoner. Det betyder att det finns lika många negativa som positiva laddningar. Det är därför man säger att atomen är neutral/oladdad. Men om en eller flera elektroner försvinner kommer atomen att blir positiv laddad ( atomen blir positivt jon ). Om det tillkommer elektroner i en atom kommer den att bli negativt laddad (atomen blir negativt jon) Grundämnen Ämnen som bara innehåller en sorts atomer är s.k. grundämnen. Varje grundämne har ett eget s.k. kemiskt tecken som är de samma överallt på hela jorden. Det kemiska tecknet består av en eller två bokstäver, oftast från det latinska namnet på ämnet. Grundämne: Kemiskt tecken Var finns det? Väte H I Luften och universum. Helium He Ballonger och i universum. Koppar Cu Elledningar i våra hus och kyrktak. Väte består av en proton och en elektron och saknar alltså neutroner. Helium består av två protoner, två elektroner och två neutroner. Statisk elektricitet (gnidningselektricitet) Den elektriska uppladdningen sker genom gnidning, tex om man kammar sig. Positiva och negativa laddningar: Atomer är som sagt neutralt laddade, d.v.s. att dem är uppbyggda av lika många protoner som elektroner. När atomen blir av med elektroner får den underskott av elektroner och den blir positivt laddat. Då man kammar sig kan man höra ett knastrande ljud. Man kan även se en liten gnista vid kammen om det är mörkt i rummet. När man borstar håret kan håret ibland bli elektriskt och stå rakt upp. Borsten drar loss elektroner från atomerna i hårstråna. Elektronerna fastnar på borsten, som får överskott på elektroner och blir negativt laddad. Håret som har blivit av med elektroner får underskott på elektroner och blir positivt laddad. Vilket betyder att det finns fler positiva än negativa laddningar. Lika laddningar stöter bort varandra Olika laddningar dras till varandra.

3 Några Förklaringar på När man gnider ballongen mot håret slits elektroner loss från hårstråna. Ballongen får ett överskott av minusladdningar.(får fler negativa laddningar än positiva laddningar). Man kallar det för att ballongen blir laddad med statisk elektricitet. Statisk betyder orörlig. I taket bildas ett fält med motsatt laddning. Det beror på att minusladdningar drar till sig positiva laddningar. Efter en stund hoppar elektronerna över till taket. När skillnaden mellan positiva och negativa laddningar är tillräckligt liten släpper ballongen. Pappersbitarna som fastnar och sytråden som reser sig är exempel på samma fenomen, att föremål med olika laddning drar till sig varandra. Vardagsexempel Ibland får man stötar när man tar i t ex dörrhandtag. Då har skorna gnuggat loss elektroner från mattan. Man gnider och gnider sulorna mot golvet och laddas upp allt mer. Eftersom luft inte leder ström så sker ingen urladdning förrän man kommer åt något ledande föremål t ex järnet i dörrhandtaget. Åska Ett åskmoln är elektrisk laddat. Vanligt är att molnet är negativt laddat på undersidan. Det gör att marken närmast under molnet blir positivt laddad. Det sker då en utjämning/urladdning där det är nära mellan molnet och marken. Alltså blixten söker sig alltid till högsta punkten på marken och man ska därför inte befinna sig på fält, under ett träd eller hålla något föremål som en golfklubba i luften. Benjamin Franklin gjorde experiment med en drake som lade grunden till dagens åskledare. Åskledare används för att skydda byggnader, skorstenar m.m. En åskledare består av en grov kopparledning som leder blixten från byggnadens högsta del ner i jorden till en platta av koppar eller stål (järn) Överspänningsskydd: Används då man vill skydda t ex TV-apparater och datorer mot eventuella blixtnedslag eller för höga spänningar i elnätet. Används som en extra dosa mellan vägguttaget och datorn.

4 Demonstrationer för avsnitt Laddning genom gnidning Du Behöver Ebonitstav, kattskinn eller ylleduk, hushållspapper kommentar Riv hushållspapperet i små bitar. Lägg bitarna på katedern. Gnid ebonitstaven med kattskinnet och närma sedan staven till pappersbitarna. De fastnar då på ebonitstaven eftersom den blir elektriskt laddad genom gnidningen. Värm gärna materielen med hjälp av en värmelampa innan försöket. Speciellt vid fuktig väderlek är det nödvändigt för att experimentet ska fungera. 2. Hur olika laddningar påverkar varandra DU behöver 2 ebonitstavar, glasstav, rörlig hållare, kattskinn eller ylleduk och Kommentar: Gnid en ebonitstav och lägg den på en rörlig hållare. Gnid en annan ebonitstav och för den mot staven på hållaren, så att de gnidna ändarna kommer intill varandra. Stavarna kommer då att repellera varandra. Upprepa försöket med en glasstav och en ebonitstav. Stavarna kommer då att attrahera varandra. fuktig väderlek ar det nödvändigt för att experimentet ska fungera. 3. Ett hårresande försök DU Behöver Plast- eller celluloidskiva, kattskinn eller ylleduk och värmelampa. kommentar Lägg skivan på katedern. Gnid skivan med kattskinnet och håll den sedan över huvudet. Håret reser sig då. fuktig väderlek ar det nödvändigt for att experimentet ska fungera. 4. Vilken laddning får fingret? DU BEHÖV ER Ebonitstav, kattskinn eller ylleduk, rörlig hållare och värmelampa. kommentar Gnid ebonitstaven och lägg den på en rörlig hållare. Fråga eleverna vilken laddning de tror att ett finger får, om man gnider det med ett kattskinn. Gnid fingret och för det mot den laddade ebonitstaven. Ebonitstaven kommer att attraheras av fingret. Alltså är fingret positivt laddat? Eller varför blir det attraktion? När du gnider fingret med kattskinnet blir det en laddningsomfördelning i fingret. Den positiva sidan av fingret attraheras av den negativt laddade ebonitstaven. Rita gärna en bild på tavlan och förklara. fuktig väderlek ar det nödvändigt for att experimentet ska fungera.

5 5. Burk som rullar DU BEHÖV ER Ebonitstav, kattskinn, tom läskburk av aluminium kommentar Gnid ebonitstaven. Närma den sen till en tom aluminiumburk som ligger på bordet. Burken attraheras då av ebonitstaven. Elektroner i aluminiumburken stöts bort av ebonitstaven (influens). Burken får på så sätt en positivt laddad sida vänd mot ebonitstaven. Därför sker en attraktion. fuktig väderlek är det nödvändigt för att experimentet ska fungera Frågor om elektricitet 1. När du drar av dig en tröja kan det hända att det sprakar lite. Ibland kan du till och med se gnistor. Vad kan det beror på? 2. Vi kan se kraftiga blixtar när åskan går. Hur tror du att sådana blixtar uppkommer? 3. Hur olika laddningar påverkar varandra? 4. Vad är gnidningselektricitet?