Hvorfor tiltrækker en positiv ende en negativ ende? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Hvorfor tiltrækker en ...

26. juni 2009

Hvorfor tiltrækker en positiv ende en negativ ende?

Hej Spørg om Fysik 

Er der nogen der ved hvorfor en positiv ende tiltrækker en negativ ende?

Med venlig hilsen
EBPK

Af de almindelige kræfter i naturen er der en række grundlæggende, de almindeligst omtalte af disse er nok gravitationskraften, den elektrostatiske kraft og magnetostatiske kræfter.

Gravitationskraften er kraften imellem to masser. Den blev opdaget af Isaac Newton (GB, 1643 - 1727) omkring 1687, se: http://www.nbi.ku.dk/spoerg_om_fysik/fysik/gravitation/ . Vi kender kun "positive" masser dvs. vi kender kun gravitationskraften som en tiltrækningskraft, ikke som frastødning.

Magnetostatiske kraft

Bl.a. udforsket af William Gilbert se senere. Vi kender kun magnetiske kræfter, som det man kalder dipoler. Det betyder, at hvis der er en magnetisk nordpol et sted, er den koblet sammen med en lige så kraftig sydpol et andet sted i samme legeme.

Typisk for en stangmagnet er der nordpol i den ene- og sydpol i den anden ende, for en hesteskomagnet er det ene ben nordpol det andet sydpol. Man kan i øvrigt udforme magneter på næsten ønsket måde, men der er altid samlet lige mange nord og sydpoler. To nordpoler eller to sydpoler frastøder hinanden, en sydpol og en nordpol tiltrækker hinanden. Polerne er øvrigt opkaldt efter jordens poler, idet man kaldte den pol der peger imod nord, når man hængte en stangmagnet op i en snor for nordpol. Det betyder, at det der ligger under jordens nordpol, er hvad vi kalder en magnetisk sydpol, tilsvarende under jordens sydpol ligger en magnetisk nordpol.

Den elektrostatiske kraft

Historisk i oldtiden opdagede flere folk bl.a. persere og grækerne (i alle tilfælde Thales fra Milet, GR, -635 til -546) at når man polerede "ædelstenen" rav kunne det tiltrække små stykker strå og tilsvarende (Rav betyder strårøver på persisk). Man kendte kun denne tiltrækkende kraft. Som hovedmand for det næste trin i udviklingen er William Gilbert (GB, 1544 - 1603), som lavede en systematisk undersøgelse af om andre stoffer end rav (og Gagat som også var fundet i oldtiden), fik en tiltrækningskraft når de blev gnedet. Gilbert var en af de første vi ved, der undersøgte forholdet ved forsøg, indtil, da søgte man at tænke sig frem til løsningen især ved læsning af de græske filosoffer (Aristoteles m.fl.). Gilbert fandt en del stoffer og kaldte fænomenet den elektriske kraft (fordi rav på græsk hedder elektron). Gilbert var også den første som skelnede imellem elektriske og magnetiske kræfter.

Det næste fremskridt skete ved forsøg af Magdeburgs berømte borgmester Otto v. Guericke (D, 1602 - 1686), som lavede en elektrisermaskine på basis af en svovlkugle, som han kunne oplade ved rotation. Han opdagede bl.a. at et dun, der blev tiltrukket og ramte kuglen, derefter blev frastødt, den elektriske kraft kunne altså også være frastødende (årsag dunet oplades til samme ladning og de to ladninger frastøder hinanden). Han opdagede, at (det opladede) dun nu blev tiltrukket af andre legemer f.eks. hans egen næse.

Det næste trin foretages af Stephen Gray (GB, 1666 - 1736), som lavede en mængde systematiske forsøg, samt inddelte stofferne i gode ledere (f.eks. metaller) og slette ledere. Charles François de Cisternay Dufay (F, 1698-1739) foretog systematiske eksperimenter og opdagede, at der var to "arter" af elektricitet, der tiltrækker hinanden (glas og lak elektricitet på den tid).

Benjamin Franklin (US, 1706 - 1790) opfandt betegnelserne positiv ladning og negativ ladning, idet han opfattede den positive ladning som overskud af ladning og den negative ladning som underskud. Billederne er tagetv fraH. Holst Elektriciteten og dette viser Franklin ved sit drageforsøg. Han opfattede altså fænomenet, som at der kun er en "art af elektricitet". Det er der vi har betegnelserne fra. Han er i øvrigt en af de få, der ikke døde af drageforsøg i tordenvejr.

I dag ved vi, at der findes positive og negative partikler, at legemer med samme fortegn frastøder hinanden og forskellige fortegn tiltrækker, altså positiv og negativ henviser til ladningens fortegn.

Når der optræder kræfter af denne art imellem legemer betyder det ofte, at systemet ikke har den mindst mulige energi, der kan vindes energi eller udføres et arbejde ved at bevæge legemerne i kraftens retning. Det er også tilfældet her. Hvis to ladninger på legemer nærmes til berøring, vil den mindste ladning blive neutraliseret af den største, så der kun er en ladning tilbage resten af den store. En sten på toppen af en stejl bakke vil, hvis den får muligheden, rulle ned i dalen, eller på en anden måde det er lettere at cykle ned af bakke end op. Naturen søger at opnå energiminimum, det gælder også biologiske og kemiske processer som forløber af sig selv. Det er dette princip, som også gælder her.

Det grundlæggende hvorfor to forskellige ladninger tiltrækker hinanden og ens ladninger frastøder hinanden, er et udtryk for, hvordan naturen er indrettet, eller om man vil et spørgsmål om, hvordan og hvorfor vi har defineret begreberne, som det er sket. Det kan ikke forklares nu, og jeg har en mistanke om, at den dag vi når en forklaring ,vil det blot flytte problemet et led længere ud i beskrivelsen. Der er mere forståelse af magnetisme, det skyldes bl.a. relativitetsteorien, som giver en vis indsigt i dette fænomen. Hvorfor masser tiltrækker hinanden og der ikke findes frastødning, er tilsvarende en egenskab ved naturen, som vi ikke har nogen præcis forklaring på i fysikken.

Med venlig hilsen
Malte Olsen