Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 3 Deel 1 Hoofdstuk 2

1600 jaar na Christus heeft iemand pas succes geboekt met resultaat in de ontdekking naar statische elektriciteit. Het was de natuurkundige Wiliam Gilbert. 100 jaar na de dood van Wiliam werd ontdekt, dat materialen die tegen over elkaar worden gewreven, tegengesteld geladen worden.

Conrad | De Techniekspecialist


Statische elektriciteit en de verdeling van elektrostatische lading

Geladen voorwerpen kunnen elkaar aantrekken of afstoten. Dit probeerde men te verklaren door aan te nemen, dat er twee soorten ladingen zijn. Positieve en negatieve lading werden deze genoemd. Uit proeven bleek dat negatief geladen staven elkaar afstoten en dat ongelijk geladen staven elkaar aantrekken (zie afb. hieronder).

Door statische lading stoten of trekken staven elkaar af of aan.
Afstoten en aantrekken staven

Opvallend is dat al deze eenvoudige proeven werden uitgevoerd met materialen die wij isolatoren noemen. Dergelijke proeven die met geleidende materialen werden uitgevoerd, mislukten om de een of andere reden.

Tegenwoordig weten we dat lading kan worden afgevoerd via een geleider. De fout die men maakte was, dat men de staven waarmee de proeven werden uitgevoerd, in de hand hield.

Hierdoor werd de lading onmiddellijk via de proefnemer afgevoerd. Later toonde men aan dat ook geleidende materialen konden worden opgeladen, mits deze geïsoleerd waren opgesteld.


Ontstaan van ionen

Een atoom is naar buiten toe elektrisch neutraal als het aantal protonen gelijk is aan het aantal elektronen. De neutraliteit van het atoom wordt verstoord als het aantal elektronen ongelijk wordt gemaakt aan het aantal protonen.

Hierdoor zal het atoom naar buiten elektrische eigenschappen vertonen. Wanneer het aantal elektronen vermindert bij een gelijk blijvend aantal protonen, krijgt het atoom een elektrisch positieve eigenschap. Het atoom met een elektrisch positieve lading noemen we een positief ion.

Postief ion

De ringen om de kern heen zijn de banden waarin de elektronen bewegen en die worden weergegeven met de letters k, l, m en n. Evenzo kunnen één of meer elektronen worden toegevoegd aan een neutraal atoom, waardoor het atoom elektrisch negatieve lading krijgt.

Dan zou in bovenstaande afbeelding de buitenste elektron naar de ringen toe bewegen. We spreken dan van een elektrisch negatieve lading en noemen het atoom een negatief ion. De elektriciteit die optreedt bij het laden van voorwerpen noemen we statische elektriciteit.


Statische elektriciteit bij vliegtuigen

Bliksem vindt zijn ontstaan door statische elektriciteit en de daarbij optredende ontlading. In de luchtvaart hebben we ook te maken met statische elektriciteit en ontladingen. Deze zijn onder te verdelen in 3 soorten:

  • P-static
  • Lighting strike
  • ESD-Damage

P-static

Het vliegtuig kan zelf geladen worden tijdens het vliegen door stof en zand, regendruppels en ijs en sneeuw. Deze lading noemen we opgenomen elektrische lading (precipitation static) of kortweg P-static.

Bij het ontladen ontstaan kleine vonkjes die op radioapparatuur veel storing geven. Dit is het hinderlijke knetteren in de luidsprekers. Ook navigatieapparatuur wordt door deze ontladingen gestoord.

Lighting strike

Het vliegtuig kan zelf getroffen worden door een bliksem inslag. Zo’n inslag noemen we een lighting strike. Meestal slaat die bij de neus in en heeft die ook ergens zijn uittrede. Gelukkig is een vliegtuig hier goed tegen beschermd!

Een bliksem bevat veel statische elektriciteit

ESD-Damage

Gevoelige apparatuur en printplaten kunnen een ontlading krijgen bij aanraking en daardoor beschadigen, omdat je als onderhoudsmonteur bijvoorbeeld zelf geladen was.

Dit is een ElectroStatic Discharge Damage of afgekort ESD-Damage. Bij het lopen over tapijt met een luchtvochtigheid van 20% kan je al 35000V opwekken en bij werken aan een werkbank 6000V.


Statische elektrowetten van aantrekking en afstoting

We weten misschien al dat positieve ladingen elkaar afstoten en negatieve ook, maar dat een positieve en negatieve lading elkaar aantrekken. Blijkbaar is om een geladen voorwerp een bijzondere ruimte.

Statische wetten van afstoting en aantrekking

De ruimte om een geladen voorwerp noemen we een ‘elektrisch veld’. De veldlijnen beginnen bij een positieve lading en eindigen op een negatieve lading.

Brengen we tussen de twee tegengestelde geladen platen een negatieve lading aan, dan wordt deze negatieve lading door de positieve plaat aangetrokken en door de negatieve plaat afgestoten.

Het elektrisch veld is het gevolg van lading op de platen. Hoe groter de lading op de platen, des te sterker het elektrisch veld. De sterkte van het elektrisch veld geven we aan met de veldsterkte dat is de kracht die het veld uitoefent op een lading van 1 coulomb.

Als gevolg van de aanwezige lading op de platen is er tussen de platen een potentiaalverschil. Dit potentiaalverschil noemen we spanning. Omgekeerd geldt dus ook: hoe groter de spanning over de platen, des te groter is de veldsterkte tussen de platen.

Kooi van Faraday

Vaak heeft men testruimtes nodig waarin geen storende elektrostatische invloeden van buitenaf mogen optreden in verband met de uit te voeren werkzaamheden. Deze ruimtes worden voorzien van een metalen ommanteling.

Kooi van Faraday

Deze ommanteling vormt dan de geleider in het storende elektrostatische veld. Binnen de metalen ommanteling is er geen storend veld, want de veldsterkte is gelijk aan nul. Op deze wijze ontstaat een storingvrije ruimte die ook wel de Kooi van Faraday wordt genoemd (zie afb).

Coax kabels

Een andere toepassing is de afscherming die in een afgeschermde kabel en coaxkabel aanwezig is. De afscherming bestaat uit gevlochten koperdraad dat rondom de isolatie van de binnenader is aangebracht. De geleider waarover het signaal gaat, is afgeschermd door zijn eigen Kooi van Faraday.

De afgeschermde mantel wordt met massa verbonden. Een toepassing die zelfs levensreddend kan zijn tijdens een onweersbui, is de auto. Ook een vliegtuig vormt een prachtige Kooi van Faraday en beschermt de inzittende tegen elektrostatische ontladingen. Zie onderstaande afb van een coax.

Coax kabel is goed afgeschermd tegen interverentie
COAX kabel

Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboeken Module 3 Deel 1 Hoofdstuk 2

Elektroshop

Geef een reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.