Algemeen: De oorzaak van de electrische verschijnselen noemt men electriciteit. De voorstelling van het wezen der e. heeft in den loop der eeuwen groote veranderingen ondergaan.
Thales van Milete (ca. 600 v. Chr.) kende reeds het verschijnsel, dat barnsteen (Grieksch: elektron), na met een doek gewreven te zijn, kleine voorwerpjes aantrekt.
In de 16e eeuw vond men, dat deze eigenschap bij vele lichamen optreedt; men noemde zulke voorwerpen electrisch, en men dacht zich de e. als een stof, zonder gewicht, die bij wrijving in een lichaam kan ontstaan en welke stof in staat is kleine voorwerpjes aan te trekken. Eerst in 1729 ontdekte St.
Gray de electrische geleiding, het verschijnsel, dat de e. door een geleider (metaal) van het eene lichaam naar het andere kan stroomen. De onzichtbare electrische stof scheen dus niet aan de lichamen gebonden.
Dufay ontdekte in 1733, dat er twee soorten e. zijn, die hij glas- en harselectriciteit noemde. Voorwerpjes, door een gewreven glazen staaf aangetrokken, worden, na aanraking met de staaf, afgestooten, daarentegen door een staaf hars, met bont gewreven, juist aangetrokken.
Men moest dus twee soorten e. aannemen. Om hun tegengestelde werkingen voerde Franklin (1756) de benamingen in: positieve en negatieve electriciteit.
Ongelijknamig geladen lichamen trekken elkaar aan, gelijknamig geladene stooten elkaar af.
Franklin meende, dat de e. een subtiele vloeistof was, in alle lichamen aanwezig.
Positief geladen beteekende een teveel, negatief geladen een tekort aan vloeistof. Zijn theorie (unitaristische theorie) werd spoedig verlaten voor die van Symmer, welke onderscheid maakte tusschen een positieve en een negatieve electrische vloeistof (dualistische theorie).
In 1784 vond Coulomb de naar hem genoemde wet: twee electrisch geladen lichamen trekken elkaar aan of stooten elkaar af, met een kracht, evenredig met de beide ladingen en omgekeerd evenredig met het kwadraat van hun afstand. De hieruit ontwikkelde theorie der e. is bekend onder den naam „theorie der werking op afstand”, zij is analoog aan de gravitatie-theorie van Newton.
Alle werkingen vinden hun oorzaak in de ladingen zelf. Hier tegenover staat de theorie van Faraday (ca. 1840), later door Maxwell (1865) tot een omvattende theorie van de electrische en magnetische verschijnselen ontwikkeld.
Hierin spelen niet de electrische ladingen de hoofdrol, maar de ruimte er tusschen, waarin de ladingen een zgn. electrisch veld opwekken. De electrische werking tusschen lichamen komt tot stand door tusschenkomst van dit veld.
De dragers van dit veld zijn de niet-geleiders en in het luchtledig de (hypothetische) ➝ aether. De e. is in niet-geleiders (diëlectrica) elastisch gebonden, in geleiders echter vrij beweeglijk.
Is een lichaam bijv. positief geladen, dan drukt de lading de e., die onsamendrukbaar gedacht wordt, in de omringende ruimte opzij, waardoor een spanningstoestand in het veld ontstaat, welke de eigenlijke oorzaak is van de electrische verschijnselen.
Verdwijnt de lading, dan keert de e. in haar evenwichtsstand terug.
In de voorstelling van Faraday-Maxwell speelt de aether een hoofdrol. De moderne natuurkunde heeft den aether echter verworpen (➝ Aether).
In haar mathematischen vorm, als beschrijving van de electromagnetische verschijnselen, kan de theorie van Maxwell echter gehandhaafd worden. Wil men echter iets naders over de ladingen zelf te weten komen, dan kan deze theorie niet helpen.
De nieuwere voorstelling der e., waarvan II. A.
Lorentz de grondlegger is, keert weer terug tot de dualistische theorie. Er wordt een atomistische structuur van de e. aangenomen.
De electrische krachten gaan uit van kleine deeltjes, de zgn. electronen, die alle gelijke lading dragen (de elementaire lading). Alle ladingen zijn veelvouden hiervan.
Deze hoeveelheid bedraagt 4,77 x 10-10 e.s.e.
De electronen zijn de dragers van de negatieve e.; zij zijn zeer beweeglijk.
Een electrische stroom is een verplaatsing van electronen. Aan deze voorstelling houdt men ook thans nog vast.
Experimenteel heeft men het bestaan der electronen kunnen aantoonen en heeft men de lading en de massa dezer deeltjes kunnen bepalen. Volgens de moderne atoomtheorie zijn de atomen opgebouwd uit een positief geladen kern, waaromheen electronen wentelen, het atoom is dus een electrisch stelsel.
Waterstof heeft het eenvoudigste atoom. De kern daarvan heet proton.
Men veronderstelt nu, dat de protonen de dragers zijn van de positieve electriciteit. De positieve lading van een proton is even groot als de negatieve lading van een electron.
Een proton is echter 1850 maal zwaarder dan een electron, de electronen zijn dus veel gemakkelijker beweeglijk, en daarmee de negatieve electriciteit. Is een lichaam negatief geladen, dan bevat het een teveel aan electronen, is het positief geladen, dan heeft het electronen te weinig. [Intusschen is in 1932 door Anderson het positieve electron ontdekt, een deeltje met dezelfde lading als een proton, echter met de massa van een electron.
De positieve electronen (positronen genoemd) schijnen echter veel minder voor te komen dan de negatieve electronen.] Elke electrische lading is dus opgebouwd uit een aantal elementaire ladingen (nl. van electron en proton). Een groot aantal verschijnselen kunnen door de theorie van Lorentz bevredigend verklaard worden, in sommige gevallen treden moeilijkheden op, zoo bij de vraag naar de structuur van het electron zelf.Lit.: De hoofdstukken over e. in de verschillende natuurkundige handboeken. Er bestaan talrijke populaire werken over electriciteit. Vakboek: Abraham-Becker, Theorie der Elektrizität (2 dln. Leipzig 91933).
Borghouts.
Electriciteit der atmospheer of luchtelectriciteit.
a) Electrisch geleidingsvermogen. De lucht der onderste dampkringslagen bezit een uiterst klein geleidingsvermogen, dat ong. 1000 milliard maal zoo klein is als het gemiddeld geleidingsvermogen van den aardbodem. Het geleidingsvermogen der lucht wordt grooter met toename der luchttemperatuur, met afname der luchtvochtigheid en -drukking, en vooral met vermindering der in de lucht aanwezige stof- en waterdeeltjes. Het vertoont daardoor voortdurend kleine onregelmatige veranderingen op een bepaalde plaats, waar het bovendien regelmatige dagelijksche en jaarlijksche (zomermaximum en winterminimum) schommelingen ondergaat. Het vermeerdert in den vrijen dampkring met de hoogte; het is op 6 km hoogte 10 maal, op 15 km 100 maal en op 50 km 1 millioen (?) maal zoo groot als dicht bij de aardoppervlakte. Het neemt vermoedelijk plotseling toe op 80 km hoogte, d.i. aan de basis der ➝ Heavisidelaag. Deze zou de e. zoo goed geleiden als de aardbodem. Het geleidingsvermogen van de tropospheer en van de lage stratospheer wordt nu vooral toegeschreven aan de vrije ionen, die, met veranderende grootte, hoeveelheid en beweeglijkheid, in de lucht aanwezig zijn. Dat der hooge stratospheer zou vooral door de talrijke vrije electronen bewerkt worden.
b) Normale electrische lading, die bij mooi, wolkenloos weder in de atmospheer bestaat. Terwijl de aarde een negatieve oppervlaklading van ong. 1 coulomb per 1000 km2 bezit, bevat de dampkring positieve ruimteladingen, van een totaal bedrag van 540 000 coul., waarvan 75% in de onderste 1500 m van den dampkring, 24% tusschen 1,5 km en 10 km en 1% boven 10 km voorkomen. Daardoor ontstaat het normaal electrisch aardveld, dat benedenwaarts gericht is en met de hoogte verzwakt. De vlakken van gelijke electr. potentiaal zijn horizontaal over een effen aardbodem en in den vrijen dampkring; zij zijn boven de verheffingen der aardoppervlakte samengedrongen . De normale potentiaalgradiënt is, dicht bij den effen grond, ong. 120 V/m, d.i. de potentiaal vermeerdert met 120 volt bij 1 m hoogtetoename. Zij vertoont onder invloed van meteorologische factoren voortdurend kleine onregelmatige veranderingen op een bepaalde plaats, waar zij bovendien regelmatige dagelijksche en jaarlijksche (zomerminimum en wintermaximum) schommelingen ondergaat . Zij vermindert in den vrijen dampkring met de hoogte: zij is 42 V/m op 1 km, 11 V/m op 6 km, 2,3 V/m op 12 km, 0,28 V/m op 20 km en 0,000 000 04 (?) V/m op 80 km hoogte. Het potentiaalverschil tusschen de Heavisidelaag en den aardbodem wordt op 213 000 volt berekend. Een verticale geleidingsstroom van ong. 0,000 002 ampère per km2 vloeit aanhoudend van de Heavisidelaag door de onderste 80 km der atmospheer naar den aardbodem.
Het ontstaan van de normale positieve lading der atmospheer wordt nu vooral toegeschreven aan het bestaan van een meerderheid van vrije positieve ionen tegenover vrije negatieve ionen in de lucht.
c) Abnormale electrische ladingen, die vooral in de atmospherische gebieden van onweder, neerslag, wolken, sneeuwdrift en zandstorm voorkomen. Zulk een gebied kan een abnormaal groote positieve lading of een negatieve lading bevatten, somtijds terzelfdertijd beide ladingen, bijv. de onweerswolk (➝ Bliksem). Daardoor ontstaat plaatselijk in de atmospheer een gestoord electrisch veld, waarvan de sterkte in een korte tijdsruimte zeer verandert en de richting tijdelijk opwaartsch zijn kan. Negatieve en positieve potentiaalgradiënten van meer dan 100 000 V /m kunnen bestaan. Bij een potentiaalverschil van 3 millioen volt per m ontstaat een plotselinge, meestal lichtende, stootontlading, bijv. de bliksem in onweder en de zeldzame bliksemachtige ontlading in zandstorm en in sneeuwdrift. De abnormale potentiaalgradiënt schommelt op een bepaalde plaats tusschen hooge positieve en negatieve waarden, ten gevolge van de verschillende ladingen van het overtrekkend luchtgebied. De onweerspotentiaalgradiënt vertoont bovendien snelle, geweldige veranderingen, die door de plotselinge ontladingen worden veroorzaakt en die in de draadlooze telegraphie zeer hinderlijk zijn.
De abnormale electrische ladingen in de atmospheer zouden hoofdzakelijk worden veroorzaakt door krachtige, vooral verticale, luchtstroomingen, die waterdruppels, sneeuwkristallen en zandkorrels in kleine positief geladen en nog kleinere negatief geladen deeltjes splitsen en die deeltjes scheiden (Lenardeffect en Theorie van Simpson).
d) Electrische toestellen om de e. der atmospheer aan te toonen of te meten: o.m. Bifilaire electroscoop van Th. Wulf (Ned.). Quadrant-electrometers van lord Kelvin, van E. Mascart en van H. Benndorf. Apparaten van H. Gerdien en C. T. K. Wilson. Ionentellers van H. Ebert en P. Langevin. ➝ Electrometer.
e) Geschiedenis. B. Franklin in 1750 en Dalibard (Fr.) in 1752 bewezen de electrische natuur van den bliksem. Ch. A. Coulomb legde in 1785 de verstrooiing van de electrische ladingen in de lucht uit. J. Elster en H. Geitel verklaarden in 1899 het electrische geleidingsvermogen en de electrische ladingen der lucht door de in de atmospheer aanwezige gasionen. Onopgelost blijft het vraagstuk van het voortbestaan van het electrische veld der aarde.
Lit.: E. v. Schweidler en K. W. F. Kohlrausch, Atmosphärische Elektrizität, in Handbuch der Elektrizität (III Stuttgart, 1915); A. B.
Chauveau, Electricité Atmosphérique (3 dln. Parijs 1922-’24); E. Matthias, Traité d’électricité Atmosphérique et Tellurique (Parijs 1924); H. Benndorf, Atmosphärische Elektrizität, in Handbuch der Experimentalphysik (I Leipzig 1928).
V. d. Broeck.
Negatieve electriciteit. Men noemt de electrische lading van een gewreven harsstaaf negatief. De electrische lading der electronen is van dezelfde soort, dus ook negatief. Zie onder het hoofd: Algemeen, in dit artikel.
Positieve electriciteit. Men noemt de electrische lading van een gewreven glasstaaf positief. De electrische lading der protonen is van dezelfde soort, dus ook positief. Zie onder het hoofd: Algemeen, in dit artikel.
