Wil je ook meer begrijpen van elektriciteit, dan kun je deze experimenten opnieuw uitvoeren. Misschien wil je daarna wel een presentatie geven waarin je met demonstraties deze kennis op je publiek overbrengt.
Je hebt de volgende materialen nodig:
- PVC-buis (lengte ±30 cm)
- Wollen doek
- Papiersnippers (confetti) of tempex bolletjes
- Houten stok die past in de PVC-buis
- Verschillende soorten materialen
- IJzergaren
- Elektroscoop
Bron: Dreamstime.com
Start van het onderzoek
Het is allemaal begonnen met het waarnemen van een verschijnsel dat voor het eerst werd beschreven door Thales van Milete (±600 v.Chr.).
Experiment 1
1. Wrijf met een doek over een PVC-buis
2. Hou de buis boven papiersnippers (confetti) of tempex bolletjes.
Wat neem je waar?
Lees hier wat Thales van Milete vond en hoe men dit verschijnsel noemde
Zoals je ziet, worden de bolletjes (papiersnippers) door de buis aangetrokken en later weer afgestoten. Omdat dit voor het eerst ontdekt werd bij de stof barnsteen (in het Gieks: ἤλεκτρον , elektron) noemde men dit verschijnsel een elektrisch verschijnsel.
Je zegt nu dat door het wrijven met een doek de PVC-buis elektrisch geladen wordt.
Je kunt je voorstellen dat mensen nieuwsgierig werden en op zoek gingen naar andere stoffen die door wrijven ook elektrisch te laden zijn.
Experiment 2
1. Verzamel zoveel mogelijk materialen die je kunt wrijven met een doek
2. Onderzoek of deze materialen door wrijven elektrisch te laden zijn
Klik hier wat men toen vond
In de 17e eeuw had men door dit soort experimenten ontdekt dat naast barnsteen ook glas, zwavel, bijenwas en edelstenen door wrijven elektrisch te laden zijn, maar alle metalen niet.
In 1729 deed de Engelsman Stephen GRAY (1666-1736) bij dit soort experimenten een toevallige ontdekking toen hij een glazen pijp afsloot met een kurk. Hij deed dat om stof tegen te houden. Wat hij toen waarnam kun je herontdekken in het volgende experiment.
Experiment 3
1. Sluit een kant van de PVC-buis af met een goed sluitende houten stok
2. Wrijf het uiteinde van de PVC-buis met een doek
3. Kijk goed naar de confetti. Wat gebeurt er?
Kijk hier wat Gray ontdekte en welke conclusie hij trok
Gray ontdekte dat de buis op de plaats waar de houten stok is ingeschoven minder elektrisch geladen werd en dat het uiteinde van de houten stok ook lichte voorwerpen aantrok.
Hij trok hieruit de conclusie dat de elektrische lading van de PVC buis zich had verplaatst naar het uiteinde van het hout. Het hout heeft de lading doorgegeven.
Na zijn ontdekking stelde Gray zichzelf twee vragen:
- Zijn er nog meer stoffen die elektrische lading kunnen doorgeven?
- Kun je een metalen voorwerp toch elektriseren door vanuit een ander geladen voorwerp een beetje elektrische lading door te geven?
Twee vragen die hij met twee experimenten probeerde te beantwoorden. Omdat in beide experimenten de hoeveelheid doorgegeven elektrische lading mogelijk klein is, maakte hij gebruik van een elektroscoop.
Weet je niet hoe dit apparaat werkt? Ontdek het hier.
De elektroscoop
Soms is een voorwerp zo zwak elektrisch te laden dat het daarna niet in staat is lichte voorwerpjes aan te trekken. Onderzoekers van de 18e eeuw hadden ontdekt dat je toch kunt zien of zo’n voorwerp elektrisch geladen is door vooraf twee stukjes garen aan het voorwerp te plakken. Bij slechts geringe elektrisering van het voorwerp gaan de stukjes garen uit elkaar staan.
Experiment
1. Plak twee dunne stukjes garen aan het uiteinde van de houten stok.
2. Wrijf de PVC-buis licht met de doek en ontdek de afstotende werking van de stukjes garen.
Hiermee is de elektroscoop geïntroduceerd. Een instrument waarin de stukjes garen vervangen zijn door twee blaadjes van licht metalen folie.
Het voordeel van het gebruik van een elektroscoop is:
1. Dat het apparaat als een zeer gevoelig meetinstrument geconstrueerd kan worden
2. Dat het instrument aangeeft in welke mate het voorwerp geëlektriseerd is. Hoe sterker het voorwerp geëlektriseerd is des te groter is de uitslag van de meter
Bij de eerste vraag ging hij op zoek naar stoffen die elektrische lading kunnen doorgeven.
Experiment 4
1. Bouw de volgende opstelling en verzamel een aantal stoffen om te onderzoeken
2. Onderzoek welke stof elektrische lading door kan geven en welke niet
Vergelijk hier je waarneming met die van Gray.
Uit dit onderzoek blijkt dat sommige stoffen elektrische lading kunnen doorgeven zoals koper, ijzer, aluminium,………..
Deze stoffen noemen we geleiders.
Andere stoffen kunnen dat niet zoals nylon, plastic, perspex,……...
Deze stoffen noemen we isolatoren.
De tweede vraag gaat over het elektriseren van metalen voorwerpen. Kan dat?
Experiment 5
1. Bouw de volgende opstelling met een willekeurig metalen voorwerp (hier: aluminium pan)
2. Ontdek zelf dat je door wrijven van de PVC-buis het metalen voorwerp kunt elektriseren
3. Wat gebeurt er als je nu het metalen voorwerp aanraakt? Kun je dat verklaren?
Lees hier de verklaring.
Je lichaam is een geleider. Zodra je de pan aanraakt vloeit de elektrische lading via jouw lichaam weg naar aarde. De aarde is op te vatten als een oceaan van elektrische lading. Een beetje erbij of eraf merkt zij niet. Dus het is in dit experiment belangrijk om de pan geïsoleerd op te stellen van de aarde.
Je kent nu twee manieren om voorwerpen elektrisch te laden:
MANIER 1 (rechtstreeks)
- Door het voorwerp te wrijven met een doek
- Deze manier pas je toe bij isolatoren zoals pvc, glas en perspex
MANIER 2 (niet rechtstreeks)
- Door het voorwerp, geïsoleerd van aarde, te laden via een geleidende verbinding met een ander geladen voorwerp.
- Deze manier pas je toe bij geleiders zoals metalen voorwerpen.
Deze ontdekkingen deed Gray in 1729. Hij wist niet wat er in een stof gebeurde als het elektrische lading doorgaf. Toch bleken zijn experimenten en ontdekkingen van onschatbare waarde voor latere onderzoekers.
Na deze vijf experimenten heb je voldoende kennis over elektriciteit om te begrijpen hoe mensen experimenteerden met de eerste elektrische generatoren. Het eerste type is rond 1660 gebouwd door Otto von Guericke en bestond uit een draaiende zwavelbol waar met droge handen over gewreven werd (zie figuur).
Je kunt deze machine nabouwen en er vervolgens volop mee experimenteren.
Suggesties voor het bouwen van de generator en een voorbeeld van zo’n experimentenreeks vind je in Elektriciteit - De eerste elektrische generator.
