Laddning och statisk elektricitet

En gnuggad ballong fastnar på väggen. Du drar av dig en tröja i mörkret och ser små gnistor. Du rör ett dörrhandtag efter att ha gått på en matta och känner en stöt. Allt detta är statisk elektricitet: elektrisk laddning som samlas och sitter still på ett föremål, tills den plötsligt får en väg att ta sig vidare.

Allt du ser och rör vid är uppbyggt av atomer. I varje atom finns protoner med positiv laddning och elektroner med negativ laddning, och normalt är de lika många så att föremålet är neutralt. När du gnuggar två olika material mot varandra, till exempel en ballong mot håret, kan elektroner lossna från det ena materialet och fastna på det andra. Håret förlorar elektroner och blir positivt laddat, ballongen tar emot dem och blir negativt laddad. Ingen laddning skapas av gnuggningen, den flyttas bara.

Laddningar som är lika stöter bort varandra, och laddningar som är olika drar till varandra. Det är därför den negativt laddade ballongen dras mot det positivt laddade håret och fastnar. Gnuggar du i stället två ballonger på samma sätt mot samma tygstycke får båda samma sorts laddning, oftast negativ, och då stöter de bort varandra så fort du håller dem nära varandra, utan att de rör vid varandra.

Hur lätt laddningen rör sig beror på materialet. I ledare, som koppar, aluminium och saltvatten, kan laddningarna röra sig fritt, så en laddning sprids ut eller rinner bort nästan direkt. I isolatorer, som gummi, plast, porslin och torr luft, sitter elektronerna fast hos sina atomer, och laddningen stannar kvar där den hamnade. Det är därför en gnuggad ballong håller sin laddning länge, medan en laddad metallstav töms på en gång så fort du rör den.

Åska är samma princip i stor skala. Den nedre delen av ett moln blir kraftigt negativt laddad, och marken under blir positivt laddad som svar. När skillnaden i laddning blir stor nog klarar inte luften av att isolera längre, och en kraftig urladdning, blixten, går mellan molnet och marken. Det är samma lagar som styr ballongen på din vägg: lika laddningar stöter bort, olika attraherar, ledare släpper laddningen fri och isolatorer håller den kvar.

Det här lär du dig

Förklara vad elektrisk laddning är och att den finns i två sorter, positiv och negativ
Beskriva hur statisk elektricitet uppstår genom att elektroner förs över mellan material
Tillämpa regeln att lika laddningar stöter bort varandra och olika laddningar attraherar varandra
Skilja mellan ledare och isolatorer och ge egna exempel på båda
Koppla statisk elektricitet i vardagen till åska som samma fenomen i stor skala

Begrepp att kunna

Elektrisk laddning: En grundläggande egenskap hos materia. Laddning finns i två sorter, positiv och negativ, och mäts i enheten coulomb (C).
Proton: En partikel i atomkärnan med positiv laddning. Protoner sitter fast i kärnan och flyttas inte mellan material.
Elektron: En partikel som finns i atomens yttre delar och har negativ laddning. Elektroner kan lossna och föras över till ett annat material.
Ledare: Ett material där laddningar kan röra sig fritt. I metaller som koppar och aluminium är det elektronerna som rör sig, i saltvatten är det laddade atomer.
Isolator: Ett material där elektronerna sitter fast hos sina atomer och nästan inte kan röra sig, till exempel gummi, plast och torr luft.
Neutral: Ett föremål kallas neutralt när det har lika många positiva och negativa laddningar, så att de tar ut varandra.

Vanliga svårigheter

Tror att gnuggningen skapar ny laddning

Eleven tänker sig att elektricitet uppstår ur tomma luften när man gnuggar en ballong. I verkligheten finns laddningarna redan i materialet, lika många positiva som negativa. Gnuggningen flyttar bara elektroner från ett material till ett annat, så att det ena får ett överskott och det andra ett underskott.

Blandar ihop vilka laddningar som stöter bort och vilka som attraherar

Det är lätt att minnas regeln baklänges. Två ballonger som gnuggats på samma sätt mot samma material får samma laddning och stöter bort varandra, medan en laddad ballong och håret den gnuggats mot attraherar varandra eftersom de har olika laddning. Lika stöter bort, olika attraherar, aldrig tvärtom.

Tror att ledare och isolatorer skiljer sig åt i hur de ser ut

En tjock metallstav och en tjock plaststav kan kännas likadana i handen, men skillnaden ligger i hur hårt elektronerna är bundna till atomerna, inte i hur materialet ser ut eller känns. I metall kan elektronerna vandra fritt mellan atomerna, i plast sitter de kvar hos sin egen atom. Det är det som avgör om laddningen sprids ut eller stannar där den hamnade.

I verkligheten

Kläder fastnar i varandra när du tar dem ur torktumlaren

I tumlaren gnuggas olika tygsorter mot varandra hela tiden, och elektroner förs över mellan dem. Olika klädesplagg får då olika laddning, och eftersom olika laddningar attraherar varandra klibbar strumpan fast vid tröjan tills du drar isär dem för hand.

Du får en stöt när du rör dörrhandtaget efter att ha gått över en heltäckningsmatta en torr vinterdag

Skorna gnuggar mot mattan och din kropp samlar på sig laddning, ofta ett överskott av elektroner. Dörrhandtaget är metall och leder bort laddning mycket snabbt, så när du rör det rusar elektronerna över på en gång. Den snabba rörelsen känns som en liten stöt.

Tips

Testa hår-experimentet hemma: gnugga en ballong tjugo gånger mot torrt hår, lyft den sakta och se hur många hårstrån som följer efter. Gör om det en fuktig dag och jämför, fukten gör att laddningen rinner bort snabbare.
Häng upp två ballonger i var sin tråd från samma krok, gnugga dem lika mycket mot samma tygstycke och för dem nära varandra utan att de rör vid varandra. Du ser dem svänga isär, vilket är den tydligaste bilden av att lika laddningar stöter bort varandra.
Lägg märke till när du själv känner statisk elektricitet, till exempel på torra vinterdagar eller när du kliver ur bilen, och fråga dig vilka material som gnuggats mot varandra och vilket av dem som troligen blev negativt laddat.

Testa dig själv

1. Varför fastnar en negativt laddad ballong på en vägg som aldrig har gnuggats och borde vara neutral?

Väggen är neutral som helhet, men ballongens negativa laddning knuffar undan elektroner i väggytan en liten bit inåt. Ytan närmast ballongen blir då svagt positiv medan väggen totalt sett fortfarande är neutral. Den svagt positiva ytan attraheras av ballongens negativa laddning, och det räcker för att hålla fast den.

2. Vad händer om du gnuggar en metallstav på samma sätt som en ballong, medan du håller den i handen?

Stavens elektroner flyttas av gnuggningen precis som på ballongen, men i metallen kan laddningen röra sig fritt och rinner genom din hand och kroppen ner i golvet nästan direkt. Du hinner därför inte märka någon laddning på staven, till skillnad från plastballongen där laddningen stannar kvar.

3. Två ballonger gnuggas mot samma torra tygstycke och hålls sedan intill varandra i varsin tråd. Stöter de bort varandra eller dras de till varandra?

De stöter bort varandra. Båda ballongerna tar elektroner från samma tygstycke och får därför samma slags laddning, troligen negativ. Eftersom lika laddningar stöter bort varandra svänger ballongerna isär så fort de kommer nära varandra.

Ur kursplanen

Fysik åk 4–6 · Fysiken i naturen och samhället
Vanliga väderfenomen och deras orsaker, till exempel hur vindar och nederbörd uppstår.
Fysik åk 7–9 · Fysiken i naturen och samhället
Sambandet mellan elektricitet och magnetism samt mellan ström och spänning i elektriska kretsar. Hur kretsarna kan användas i elektrisk utrustning.
Fysik nivå 1a1 · Energi, energiresurser och elektromagnetism
Elektrisk laddning och elektriska fält samt spänning, ström och resistans. Elektriska kretsar och tillämpningar.
Fysik nivå 1b · Energi, energiresurser och elektromagnetism
Elektrisk laddning och elektriska fält samt spänning, ström och resistans. Elektriska kretsar och tillämpningar av dessa.

Källa: Skolverket, centralt innehåll.

Leder vidare till

Träna vidare – gratis

Det här ämnet har inga egna träningsuppgifter än. De här närliggande ämnena har lösta exempel och uppgifter som anpassar sig efter dig: