^2000 EM1 EM2 EM3 EM4 Aktiviteter Oppgaver  00UV  01UV 02UV  03UV 04UV 05UV

Elektrisitet og magnetisme 1:

Statisk elektrisitet

Erling Skaar (17.1.01)

Innhold:
Forord
Generelt om elektrisitet og magnetisme
Innledning om elektrostatikk
Fakta om elektrostatikk
Kvalitativ elektrostatikk
Kvantitativ elektrostatikk
Oppgaver

 Forord

Fysikk handler om å forklare naturen på en forståelig måte. Mange synes naturen er vanskelig å forstå, og dette er et grunnleggende problem for dagens fysikkundervisning. Mennesker unngår ofte det som oppleves vanskelig, og resultatet blir at fysikkfaget taper terreng i forhold til andre fagområder. Mange sier at fysikk skal være vanskelig fordi naturen er vanskelig og fram til ca 1994 godtok jeg dette synet. I ca 10 år hadde jeg da undervist fysikk i lærerutdanningen og i møte med studenter valgte jeg da å legge skylden på naturen når de med rette påpekte vanskelige og forvirrende sider ved fysikkundervisningen.

I dag, ca 5 år etter at jeg startet et forskningsprosjekt omkring emnet fysikkforståelse, vil jeg påstå at naturens grunnlag (fysikken) er enkelt selv om totalbildet er komplekst og omfattende og ligger utenfor skolens målområde. Hensikten med skolen er imidlertid å gi neste generasjon et grunnlag for å kunne mestre og forstå egen livssituasjon når de en gang må "stå på egne bein", og det er i denne sammenhengen det er nyttig å lære noe grunnleggende fysikk. På samme måte som lese- og skriveferdigheter er grunnleggende i vanlig kommunikasjon mellom mennesker, er fysikkforståelse grunnleggende for dem som ønsker å mestre daglige utfordringene i møte med natur og teknologi. Når det gjelder enkeltmennesker, så kan vi i dagens samfunn kjøpe oss eksperthjelp om vi mangler kunnskap og ferdigheter forutsatt at vi har penger. Men om samfunnet som helhet mangler de grunnleggende tingene som er nevnt her, så vil det heller ikke finnes penger til å kjøpe det man mangler.

Da jeg for ca 5 år siden startet forskningsprosjektet som jeg håpet skulle bidra til en større fysikkforståelse i skoleverket, så oppdaget jeg relativt rask mangler i egen fysikkforståelse på tross av at jeg hadde hovedfag i fysikk og formelt sett forstod fysikk. Da jeg høsten 1994 fulgte mitt første "doktorgradskurs" ved NTNU i Trondheim opplevde jeg i en periode et tilsynelatende uoverstigelig gap mellom personlige ferdigheter og faglige mål. Som en slags siste utvei prøvde jeg da å be Gud om hjelp til å forstå fysikken og til gjengjeld lovet jeg å "plassere ham i referanselista" hvis jeg fikk hjelp. Hvis Gud hadde skapt verden så regnet jeg med at han kunne fysikk, og i Bibelen leste jeg også at den som manglet kunnskap og visdom kunne be om dette, så hvorfor ikke?

I forordet til dette heftet vil jeg derfor fortelle om at jeg fikk hjelp, og her vil jeg også si at jeg er glad for den hjelpen jeg fikk selv om livet på de fleste områdene var enklere før. Den beste læreren er den som legger forholdene til rette og gir tips og oppmuntring til de som står fast, men ellers lar studentene gjøre arbeidet selv. Guds hjelp har artet seg som en slik veiledning hvor han ofte førte meg andre veger enn jeg selv ønsket, og ikke i noen tilfeller har jeg opplevd at jeg har fått fasitsvaret i form av en ferdig formel eller lovmessighet direkte fra Gud. Når jeg i dag likevel er overbevist om at det er Gud som har stått bak den læringsprosessen jeg har vært gjennom de siste årene, så er det fordi jeg i ettertid ser et mønster i det som har skjedd omkring meg som ikke kan være tilfeldig. Dessuten fungerer den nye fysikkforståelsen. Det betyr blant annet at ulike forsøk på å anvende fysikkforståelsen resulterer i ting som virker og dessuten har jeg oppdaget en utrolig enkel og elegant sammenheng i naturen som jeg ikke så før.

Generelt er det er mulig å tro at man har forstått ting selv om det ikke er tilfelle. Selv trodde jeg at jeg forstod grunnprinsippene innenfor fysikken da jeg var ferdig med hovedfaget for ca 15 år siden. Men når jeg i dag ser tilbake på denne tiden så vil jeg si at jeg hadde lært meg noen matematiske teknikker og pugget noen enkeltstående fakta og teorier, som jeg da kunne reprodusere i egen undervisning. Men dette var da noe helt annet enn det jeg i dag kaller fysikkforståelse. Et karakteristisk kjennetegn på tilstanden før var da at jeg var totalt avhengig av å ha lest eller hørt ting før jeg turde å formidle det videre i egen undervisning. Jeg var på en måte indoktrinert til å reprodusere i stedet for å tenke selv. Veien fram til det jeg i dag kaller fysikkforståelse kan da beskrives som en tidkrevende utholdenhetsprøve hvor det mest smertefulle var å gi slipp på gamle forestillinger til fordel for noe som var bedre.

Siden jeg arbeidet på en høyskole hvor en del av jobben var å drive med forskning, så tenkte jeg at det var forventet at jeg skulle prøve ut nye tanker og ideer i egen undervisning. Derfor valgte jeg meg for å undersøke om det var mulig å gi lærerstudenter en bedre fysikkforståelse ved å endre på modeller, emneutvalg og presentasjonsmåte. Motivert av målsettingen i de nye fagplanene prøvde jeg så å vri undervisningen bort bra den tradisjonelle "drillingen av gymnaspensum" og over til en mer praktisk, grunnskoleskoleaktuell og reflekterende undervisning. Tilbakemeldingene fra studentene var positive og jeg var da totalt uforberedt da det hele ble stoppet av avdelingsstyret ved HVO på en oppsiktsvekkende måte vinteren 1995/96.

På den tiden hadde jeg etter oppfordring fra studentene utviklet endel hefter som ble revidert fra år til år. Dette heftet er da siste revisjon av et av dem. Heftene inneholdt det studentene kaller pensum og som jeg kaller "forelesningene på forhånd". I praksis dreiet det seg om avskrift fra ulike fysikkbøker, oppgaver, undervisningstips faglige og didaktiske refleksjoner ol. Det offisielle vedtaket som kom i januar 1996 var at alle heftene mine måtte godkjennes før de kunne brukes som pensum ved HVO. Det vedlå ingen informasjon om hvordan eller hvem som skulle gjøre det. Den eneste faglige begrunnelsen jeg fant i de aktuelle papirene var da at heftene inneholdt en såkalt em-modell som da innebærer at man forklare fenomen ved hjelp av elektriske og magnetiske felt. Alle fysikkbøker henviser til slike felt i større eller mindre grad og enhver som har litt peiling på fysikk vet at vi må bruke slike felt for å forklare elektriske og magnetiske fenomen samt lys og annen stråling. Et avdelingsstyre ved HVO kan selvfølgelig ikke uten videre fjerne elektrisitet og magnetisme fra pensumet til lærerstudentene, og jeg håpet i det lengste at noen ville innse det urimelige i det aktuelle vedtaket. Det forelå altså bare en kvasi-faglig begrunnelse for sensurvedtaket og ingen konkretiseringer av hva som var faglig feil i heftene slik at jeg hadde noen å forholde meg til når jeg skulle revidere dem før en eventuell senere godkjenning. Da jeg etter gjentatte henvendelser til ansvarlige parter ikke fikk noen nærmere begrunnelse for vedtaket sluttet jeg da å bruke heftene. Etter dette sensurvedtaket hadde jeg permisjon en tid og gjennom mer eller mindre direkte kanaler har jeg fått et klart inntrykk av at man ved HVO har hatt relativt store problemer med den aktuelle fysikkundervisningen i den aktuelle perioden. Formelt sett er det avdelingsstyret som godkjenner pensum og de hadde da store problemer med å finne et relevant pensum etter at mitt pensum ble stemplet som uegnet.

Generelt vil jeg karakterisere den aktuelle hendelsen som et forsøk fra ledelsen ved HVO på å rydde opp i "fysikkrommet" fordi man hadde hørt at det hadde foregått noe ureglementert her. Da man ikke fant noe, måtte man likevel gjøre noe og resultatet ble at rotet som oppstod ble skjøvet under teppet. Når så studenter og andre i ettertid påpeker negative følger av avdelingsstyrets vedtak, så har de fått beskjed om at det er et internt problem på "fysikkrommet", og det er da fysikklæreren som har ansvaret. Problemet er imidlertid at avdelingsstyret har definert fysikklærerens pensum som uegnet. Hva er så et egnet pensum i fysikk på en lærerskole? Dette spørsmålet har jeg ikke fått svar på, og signalene fra administrasjonen så langt tyder på at det ikke er så nøye om lærerstudentene lærer skolerelevant fysikk, bare vi ikke krever så mye faglig kunnskap at studenter stryker til eksamen. Selv opplevde jeg det hele som at jeg uten forvarsel ble angrepet bakenfra fra et slags "ordenspoliti" som ikke hadde peiling på hva det handlet om, og resultatet ble da at et viktig grunnlag for å fungere i en undervisningsituasjon, nemlig faglig troverdighet, ble ødelagt. Når jeg nå fra høsten 1999 har gjenopptatt ordningen med å tilby studentene det "pensummet" som jeg mener er best i forhold til deres senere lærergjerning, så er det fordi jeg opplever at studentene aldri har ønsket å bytte heftene mine bort med de bøkene og heftene som ledelsen ved HVO valgte som nytt pensum. Men dette innebærer samtidig at jeg gjør noe ulovlig og går imot et lovlig vedtatt avdelingsstyrevedtak. Nå regner jeg ikke med at noen vil protestere, nettopp fordi ledelsen ved HVO da slipper å omgjøre et vedtak og dermed slipper de også å innrømme at vedtaket var uheldig.

For å unngå at noen anklager meg for underslå relevante moment i den aktuelle mediedebatten som var omkring fysikkheftene mine vinteren 1995/96, så vil jeg her i forordet nevne litt om årsaken til mediedebatten som gikk forut for sensurvedtaket. Det var 1995-utgaven av heftet "Elektrisitet og magnetisme" og noen oppslag i Sunnmørsposten i desember 1995 som startet det hele. I det aktuelle heftet hadde jeg noen utskilte kommentarer/dagboksnotater som da var markert som ikke pensum. I disse hadde jeg skrevet litt åpenhjertig om hvordan jeg selv hadde strevd med å forstå magnetisme og andre grunnleggende sider ved fysikken. Jeg skrev da at jeg opplevde at Gud via Den Hellige Ånd fungerte som en veileder i noen omtalte tilfeller. Hovedbegrunnelsen min for å gjøre det var at det en god skikk i vitenskapelig sammenheng å henvise til kilder når man skriver noe som ikke står i vanlige fagbøker. Når det gjelder pensumdelen av heftet så bestod den i det alt vesentlige av vanlig fysikkstoff som man finner i de fleste fysikkbøkene, men det fantes også noen beskrivelser og forklaringer som jeg ikke har funnet i andre bøker. I selve pensumteksten la jeg da vekt på å gjøre leseren oppmerksom på hva som ikke var allment akseptert for at ikke teksten skulle virke manipulerende. Jeg ønsket med andre ord at leserne skulle vurdere ulike forklaringsmodeller opp mot hverandre og så danne seg egne reflektert meninger. Når det så gjelder de omtalte dagboksnotatene var tanken at de skulle fungere som en henvisning til hvordan det som ikke fantes i andre fysikkbøker var oppstått. Jeg tror kanskje ikke at det hadde blitt en tilsvarende mediesak om jeg hadde skrevet at det var snakk om noe jeg selv hadde tenkt ut. Jeg følte imidlertid at dette ville være uredelig siden jeg ett år tidligere hadde bedt Gud om hjelp og fått det.

Generelt tror jeg at det er umulig å unngå å bli misforstått, rett og slett fordi misforståelser er et viktig element i dagens klartresamfunn. I mitt tilfelle vil jeg påstå at det ble en mediesak fordi journalister misforstod. I pressemeldingen som gikk ut etter at heftene mine ble stoppet stod det blant annet: "Fire fysikkhefter er tatt ut av pensum ved Høgskolen i Volda. Årsaken er at lærebokforfatteren, Erling Skaar, har brukt Gud og Den Hellige Ånd til å forklare elektrisitet og magnetisme.." Her påstår altså journalisten at jeg i heftene bruker Gud som forklaring på elektrisitet og magnetisme omtrent som man i tidligere tider brukte guden Tor som forklaring på lyn. Journalister har vel som mål å lage "store saker" men jeg ser ikke bort fra at han virkelig trodde at saken var så stor som sitatet ovenfor antyder. Problemet var at nærmiljøet mitt, ledelse og fagkollegaer som også ble rådspurt tilsynelatende ikke gjorde noe for å oppklarer misforståelser. Fagkommisjonen som ble utplukket av ledelsen for å vurdere heftene, misforstod også. De skrev blant annet at jeg brukte Gud som et "epistemologisk trumfkort" og som en "grunngjeving for at EM-modellen er liv laga". Generelt kan henvisninger brukes både til å ære andre (han/hun gjorde det først) og å ære seg selv (han/hun er enig med meg), men i dette tilfellet opplevde jeg at miljøet omkring meg (ledelse og kollegaer) bevisst valgte å se bort fra min versjon av saken og derfor ble det en mediesak som resulterte i at min faglige troverdighet ble totalt ødelagt.

I avisoppslagene ble det slått opp at det også var et "studentkrav" å stoppe heftene mine. Her vil jeg bare si at jeg aldri har opplevd at studentgruppene har vært mot heftene mine, det var jo oppstått etter ønske fra dem. Samme dagen som det første avisoppslaget sto på trykk ble jeg f.eks. oppsøkt av alle studentene i den aktuelle studentgruppa som da var på huset og de sa at det ikke var dem som stod bak "studentkravet". I flere etterfølgende avisoppslag var det da en såkalt "studentpolitiker" (studentrepresentant i høyskolerådet) som stod fram. Han gikk ikke på de aktuelle kursene mine, men han hadde deltatt på et av mine fysikkurs to år tidligere og han hadde da to begrunnelse for å stoppe meg. Det ene var at "timane bar ofte meir preg av kristendom enn fysikk" og det andre var at det året han gikk var strykprosenten på fysikkursene mine "mellom 40 og 70". I virkeligheten var det 40-50% som måtte ta en ny delprøve siden de strøk på den første. Når det gjelder spørsmålet om kristendom i fysikktimene så inneholder planene en målsetting om tverrfaglighet, og selv mener jeg at det er uproblematisk å trekk inn relevante ting fra Bibel eller kristne moralnormer når det ellers er relevant i forholdet til det fysikkstoffet vi gjennomgår. Jeg er mer skeptisk til dem som mener at det finnes en "ren fysikk" som er uavhengig av samfunnet omkring. Nå var det ikke bare meg som oppfattet denne studentrepresentanten som en representant for en gruppe late lærerskolestudentene som ikke orker å arbeide med fagstoff. Jeg fikk da flere tilbakemeldinger om at det var positivt at det fortsatt fantes noen i lærerutdanningen som stilte faglige krav. Men i denne sammenhengen syntes jeg det var bemerkelsesverdig hvor sterkt ledelsen ved HVO syntes å være påvirket av denne studenten. I et av de siste avisoppslagene omkring denne saken kunne vi lese: "<NN> har i fleire år jobba for å få stoppa Erling Skaar sine omstritte fysikkbøker, og no har han endeleg nådd fram. - Eg er veldig glad for at avdelingsrådet for lærerutdanning endeleg har bestemt seg for å stoppe desse bøkene..."

Her vil jeg ellers kort nevne at jeg den gangen skrev et hefte som var min kommentar til det oppsiktsvekkende sensurvedtaket ved HVO, hvor jeg da gir en nærmere redgjørelse for saken, men den gangen var det svært få som var interessert. Nå er det ikke noe generelt forbud mot å bruke begrep som Gud eller andre kristne begrep i fysikkbøker, men jeg synes at det er påfallende at noen synes å reagere svært sterkt hvis den som skriver de religiøse begrepene er personlig involvert og tro på det som skrives. Jeg opplevde da at noen få enkeltpersoner fikk en slags allergisk reaksjon i forhold til dagboksnotatene mine i 1995 slik at det tilsynelatende ute av stand til å vurdere det faglige innholdet i heftene. Jeg tror ikke at vi løser rasismeproblemene i verden ved å lage ghettoer slik at man slipper å se mennesker med andre hudfarger eller høre noe som tenker annerledes enn oss selv. Jeg tror tvert i mot at vi har godt av å høre og lese om andres opplevelser og derfor vil jeg gjenta noe av det som skapte sterkest følelser i 1995. Det er fritt fram for hvem som helst å ikke tro at det finnes en personlig skaper som kan "veilede til den fulle sannhet" (Joh.16,13), men jeg vil protestere når man i vitenskapens navn nekter folk å regne med at det finnes en Gud som står bak naturen. Så langt jeg forstår er dette en form for rasisme.

Her følger så noen sitat fra tidligere hefter og de er da ment å være min referanse til Gud i forhold til den nye fysikkforståelsen jeg opplever at han har gitt meg. En annen grunn for å skrive dette i forordet til fysikkheftene er da at jeg har opplevd noe som er positivt og det er vel lov å nevne det slik at andre kan få anledning til å oppleve det samme om de da ønsker det. I denne forkortede versjonen har jeg da føyd til noen stikkord foran de ulike sitatene for å understreke poengene.

Vil man kunne forstå svaret på et spørsmål vi ikke har spurt?
"Nå er det frivillig om leseren vil hoppe over dette vitnesbyrdet. Selv tror jeg at det følgende er nyttig for å forstå problemstillingene, og dermed kan det også bedre forståelsen for fagfeltet (elektrisitet og magnetisme osv.). Dette avsnittet er først og fremst et vitnesbyrd om hvordan jeg selv har strevd og oppdaget nye sider ved fysikken.. "

Det du søker blant blånene fjell, kan hende du alltid har eiet det selv!
"Nå har jeg opplevd mange ganger at Den Hellige Ånd har talt gjennom ting som er skrevet på datamaskinen. I disse tilfellene var det meg som trykket på tastaturet, og slik sett har det ikke skjedd noe overnaturlig. Jeg har imidlertid mange ganger blitt overrasket når jeg senere har lest det som er skrevet. Det stammer liksom ikke fra meg.."

Tror du at strukturert "ferdigtygd" kunnskap gir best læring?
"Når jeg oppdaget nye sider ved fysikken, så var det oftest et resultat av at Den Hellige Ånd hadde minnet meg om ulike fakta som han så ba meg vurdere i sammenheng. Jeg opplevde altså ikke at Den Hellige Ånd gav meg formler eller definisjoner på norsk eller andre språk. Jeg opplever derimot at han understreker ting jeg hørte, leste eller som jeg hadde skrevet selv..."

Ord/begrep er byggesteiner i tankebygninger som er avgjørende for resultatet
"Dessuten har jeg brukt ordet 'eterdreiing' eller 'opphoping av dreiing'. Jeg opplever at dette er et ord som kan gi nyttige assosiasjoner når man skal forstå hva magnetisme er.."

Om vi leter etter noe vanskelig vil vi sannsynligvis finne det, men det er ikke nødvendigvis det Gud ønsker
"Jeg har med andre ord en følelse av at enkle tanker og forståelse kommer fra Herren, mens kompliserte tanker og påstander om at vi ikke kan forstå, kommer fra et annet sted. Nå vet jeg ikke om leseren ser det samme som jeg i det jeg skriver her. Her vil jeg imidlertid understreke at jeg opplever det utrolig elegant om Gud har skapt en verden med bare to byggesteiner, positive og negative ladninger. Det er da omkring disse byggesteinene at vi finner de kreftene som styrer alt i naturen..."

Har vi prøvd alt i vår søking etter en bedre fysikkforståelse?
"Personlig må jeg innrømme at jeg har tenkt at ovennevnte vitnesbyrd kanskje er vel spesielt til å havne sammen med fysikkstoff i det aktuelle kompendiet..... Kanskje var det som Gud så, og kanskje var det derfor søndagens tekst handlet om å gi Gud ære for det vi har fått fra ham. Taleren i kirken sa blant annet følgende som jeg skrev ned fordi jeg opplevde at Den Hellige Ånde understreket det: "9 av 10 brukte Guds gave uten å annonsere det" (teksten handlet om de 10 spedalske som ble helbredet og bare en kom tilbake og gav Gud ære). Jeg har lovet Gud at jeg skulle gi ham ære for det han gav meg, og derfor tør jeg ikke la være å ta med det ovennevnte avsnittet."

I den aktuelle mediedebatten var det overraskende lite snakk om det fysikkfaglige innholdet i heftene. Her vil jeg til slutt trekke fram noe generelt om hva som skiller fysikken i disse heftene fra fysikken i tradisjonelle fysikkbøker. Som nevnt tidligere blir det sagt at fysikk er vanskelig å forstå, og det har da sammenheng med at man i dag betrakter kvanteteorien og relativitetsteorien som grunnleggende. Dette er da teorier som bryter med såkalt sunn fornuft på endel områder og dessuten er disse teoriene kun tilgjengelig via avanserte matematiske strukturer. Det er ifølge teoriene ikke mulig å forstå atomets oppbygging via fysisk beskrivbare modeller, kun via en avansert form for matematikk. I disse fysikkheftene setter jeg spørsmålstegn ved disse teoriene og hovedtesen min er at alt i naturen kan forklares ved hjelp av enkle fysiske modeller. Det er med andre ord snakk om to ulike grunnsyn på naturen, og her vil jeg da understreke at det ikke er noe i vegen for å anta at begge grunnsynene kan beskrive den samme naturen. Problemet er imidlertid hvilke grunnsyn som er mest nyttig og hvem er de i tilfelle nyttig for? Uten nærmere begrunnelse vil jeg her påstå at den tradisjonelle fysikkforståelsen som vi finner i vanlige fysikkbøker støtter opp under et manipulerende maktsystem hvor menneskemasser på en systematisk måte blir indoktrinert til å underordne seg en bestemt maktelite som vi kan kalle "ekspertene". Når den oppvoksende slekt i skoleverket får høre og føle at fysikk er vanskelig vil de naturligvis unngå dette fagområdet og overlater dette fagområdet til andre (ekspertene). Resultatet i neste omgang blir at folk flest setter likhetstegn mellom ekspertuttalelser og "fakta", også i situasjoner hvor "sunt bondevett" tilsier at det er snakk om antakelser eller gjetninger fra ekspertenes side. Vi har med andre ord fått en tilstand hvor en liten gruppe eksperter kan styre hva en stor mengde mennesker skal mene om ulike ting. Denne ekspertgruppen vet da hvordan de skal spille kortene for å beholde makten. Det var da jeg satte spørsmålstegn med noen grunnleggende antakelser innenfor tradisjonell fysikk at jeg oppdaget at det er viktigere å gå i takt enn å gå i den rette retningen, i hvert fall innenfor fysikkmiljøene. I de aktuelle heftene har jeg tatt opp noen grunnleggende problemområder innen moderne vitenskap som tradisjonelle læreverk anser som "fakta". Min erfaring i denne sammenhengen er at det finnes en slags stilltiende avtale om at visse ting skal forbli "under teppet", og de som ikke aksepterer dette blir "frosset ut" av "det gode selskap". Nå tror jeg at det er relativt få "eksperter" som er klar over hva slags spill det er snakk om. Men hver for seg vet de vel at de er avhengig av at skattebetalerne oppfatter dem som troverdige, og derfor vil de også bruke alle midler om noen prøver å rokke ved de "sannhetene" som gjorde at de fikk titlene sine. Selv tror jeg da at de fleste "ekspertene" tror at de gjør vitenskapen en tjeneste når de med "alle midler" prøver å hindrer at mennesker får høre at det finnes alternativer til det som er såkalt "allment akseptert". Selv tror jeg da at sannheten er sterkere enn "ekspertmafiaen" og derfor gjør jeg altså et nytt forsøk.

Her vil jeg til slutt bruke et bilde. Jeg opplever at Gud har skapt mange gode spiselige frukter som er utgangspunktet for mange gode måltider. Mange mennesker kan glede seg over dette fordi vi har fått smaksanser som gjør at vi kan skille godt fra dårlig. Tilsvarende har Gud også gitt oss tanker, følelser og fornuft, og disse er da grunnleggende for at vi skal kunne glede oss over andre sider av skaperverket. Noen mennesker søker glede gjennom direkte naturopplevelser og andre søker glede gjennom et mer systematisk studium av de såkalte naturfagene (fysikk, kjemi, biologi osv.). I det siste tilfellet er tanken eller fornuften det verktøyet vi bruker for å "fordøye" inntrykk og skille mellom og godt og dårlig. Resultatet blir da en forståelse. Alle som har forstått nye sider ved naturen vet at dette skaper glede som i sin tur inspirerer oss til å forsøke å forstå nye sider ved naturen. Om vi får servert mat som er iblandet dårlige/ufordøyelige varer, vil smaksansen vanligvis "melde fra" og selv gode måltider kan bli ødelagt ved små mengder "ufordøyelige stoff". Når vi i skoleverket underviser fysikk, så kan det sammenliknes med et måltid hvor elevene/studentene skal fordøye/forstå et fagstoff. Når vi i dag opplever at svært mange får "avsmak" på fysikk, så vil jeg her påstå at det har sammenheng med at noen har blandet inn noe som ikke kan "fordøyes" av fornuften. Når man f.eks. sier at lyshastigheten er en naturkonstant, at elektronet er en punktpartikkel eller at lys er bølger og partikkel, så putter man inn opplysninger som i neste omgang fører til paradokser. Resultatet blir at fornuften melder fra, men siden disse "ufornuftige" påstandene fremstilles som fakta som ikke kan "spyttes ut" så blir resultatet et forvirrende og oppstykket totalbilde og gleden ved å forstå vil forsvinne. Nå er det likevel noen få som klarer å tilpasse seg et slik selvmotsigende totalbilde av naturen, og det er da disse som på lengere sikt får doktorgrader og professortitler og dermed har makt til å sensurerer bort alle forsøk på å beskrive naturen på en måte som er bedre tilpasset fornuften. Dette heftet er da et forsøk på å gi en fysisk beskrivelse av naturen, som ikke bryter med det vi kaller sunn fornuft. De som ønsker en natur fylt av mysterier og vil sannsynligvis ikke like innholdet i dette heftet, men selv mener jeg at de som ønsker å forstå naturen også har rett til å skrive om naturen.

Generelt om elektrisitet og magnetisme

Elektrisitet og magnetisme er grunnleggende i fysikken
Hovedmålet for dette heftet er å gi en grunnleggende og helhetlig forståelse for elektriske og magnetiske fenomen. Den generelle ideen er da at de grunnleggende prinsipp som brukes her også kan brukes for å forstå andre sider av naturen. De grunnbegrepene som presenteres i dette heftet er kanskje ikke de som er lettes å "fordøye", men det er mye som tyder på at de er mest grunnleggende. Den ekstra tiden man ofrer for å forstå innholdet i disse heftene vil man derfor sannsynligvis få igjen når man skal studere andre emner som f.eks. mekanikk, optikk, atomfysikk ol.

Hvorfor skal vi lære om elektrisitet og magnetisme?
Elektriske og magnetiske fenomen er en viktig del av vår nære hverdag. Disse fenomenene er bygd inn i mye av det utstyret vi bruker til daglig og slik sett vil en forståelse av disse fenomenene hjelpe oss til å forstå hverdagen. Dessuten representerer elektrisitet en størrelse som kan være farlig og ødeleggende om den brukes feil. Dette taler også for at det er nyttig for oss å vite litt om elektrisitet.

Er ikke elektrisitet og magnetisme for vanskelig?
Mange oppfatter elektrisitet og magnetisme som vanskelige emne. Når strøm kan brukes til alt fra datamaskiner og TV til lommelykt og brannvarsler, er det nærliggende å oppfatte elektrisitesbeslektede fenomen som en slags "usynlig velgjørende ånd" som det bare er et utvalgt presteskap gitt å forstå. Dessuten har disse fenomen en tendens til å dukke opp og forsvinne, ofte uten åpenbare årsaker. Om vi prøver å forutsi noe må vi derfor regne med mange skuffelser. I motsetning til f.eks. gravitasjonskreftene som alltid "består", vil elektriske krefter "kommer og gå". Dette er nok en av grunnene til at gravitasjonskreftene er mer kjent enn elektriske og magnetiske krefter.  

"Halvstuderte røvere" kan gjøre vont verre
Noen vil kanskje også spørre om det er lurt å bruke tid på elektrisitet og magnetisme i skolen? Er ikke dette emnet av en slik natur at elevene aldri vil klare å skaffe seg en forståelse som kan være nyttig i deres vanlige hverdag? Det finnes i dag fagfolk som kan fikse det elektriske utstyret vi omgir oss med på en betryggende måte. Hvorfor skal vi da indirekte oppfordre elevene til å prøve selv, ved å gi dem opplæring i dette emnet? Generelt kreves det kunnskap for å vite at man mangler kunnskap og om den oppvoksende slekt skal vite hva de kan gjøre selv og hva de bør overlate til fagfolk, så trenger de litt kunnskap. Generelt er det dyrt å måtte tilkalle fagfolk for å gjøre alt, inkludert det å skifte pære eller batteri. Men også i slike enkle tilfeller bør man kjenner grunnprinsippene, slik at ikke feilreparasjoner eller feilbruk skal forårsaker større ødeleggelser.

Grunnlag for en praktisk og lærerik hobby som er nyttig i skoleverket
Mange mennesker opplever en hverdag full av diffuse teoretiske strukturer og uforståelige "svarte bokser" og ulike hobbyer er da ofte et forsøk på å komme tilbake til noe praktisk og forståelig som man opplever at man mestrer. Mange mennesker har opplevd stor glede gjennom hobbyer som har tilknytning til det vi kaller elektronikk. Dette har da sammenheng med at man her kan gjøre svært allsidige praktiske forsøk og som i neste omgang fører til en større forståelse innenfor et fagområde som er nyttig i svært mange sammenhenger. Den faglige basisen for elektronikken er elektrisitet og magnetismen. Elektronikken er videre ufarlig fordi det er snakk om lite strøm. Dessuten er den billig fordi det er snakk om enkle og billige standardkomponenter. Her vil vi videre påstå at elektronikken er enkel om man forstår de grunnprinsippene som er nevnt i dette heftet. Hvis man så tar seg tid til å lære grunnprinsippene innenfor elektrisitet og magnetisme kan man altså på egenhånd med rimelig utstyr utvikle en uuttømmelig hobby hvor man alltid har noe å strekke seg etter og aldri vil mangle praktiske aktiviteter. I skoleverket er det ellers et klart behov for praktiske forsøk hvor elevene selv kan være aktive og "forske" seg fram til en forståelse, og i den sammenhengen synes elektronikken å være ideell. Problemet er at det i dag er relativt få lærere som forstår de nødvendige grunnprinsippene og de klarer derfor ikke å gi elevene en grunnleggende faglig bakgrunn for ulike praktiske elektronikkprosjekt.

Elektrisitet og magnetisme i skoleverket
Dette heftet er i første omgang beregnet på lærerstudenter som skal undervise om elektrisitet og magnetisme i grunnskolen og følgende sitat er da utgangspunktet for fagutvalg og presentasjonsmåte.

Fra studiehåndboka for HVO 1999/00:
.. Det vert her lagt vekt på naturfagleg problemløysing ved m.a. forsøk og eksperiment som har overføringsverdi til grunnskulen.. Ulike forklaringsmodellar kan verte brukte for å oppnå større fagleg innsikt..
-Elektrisitet og magnetisme
-Fysikksløyd med bygging av enkle elektriske modellar

Fra læreplanverket for grunnskolen (L97):
5. klasse
-bli kjende med sentrale eigenskapar ved magnetar og materiale magnetar verkar på
-arbeide med praktisk bruk av magnetar og utvikle enkel teknologi der magnetar blir nytta
7. klasse
-få røynsle med bygging av enkle elektriske krinsar, og gjennom forsøk skilje mellom elektriske leiarar, isolatorar og elektromagnetar og knytte dette til bruken av dei ulike materiala
9. klasse
-bli kjende med sentrale oppdagingar og oppfinningar knytte til elektrisitet, mellom anna statisk elektrisitet og oppdaginga av fenomenet elektrisitet
-arbeide med ein enkle modell for elektron i ein straumkrins og bli kjende med omgrepa straum, spenning, motstand og energioverføring
-planleggje og gjere forsøk med komponentar i ein enkel krins, arbeide med symbol for desse komponentane i koplingsskjema, og gjennom forsøk få innsikt i samanhengen mellom straumstyrke og spenning og bruke måleiningar for spenning, straumstyrke, motstand og elektrisk effekt
-bli kjende med sikringsforskrifter ved bruk av elektrisk utstyr og få røynsle med elektriske koplingar
-gjere forsøk med bruk av elektrisk generator og transformator
10. klasse
-bli kjende med døme på ulike slags elektromagnetisk stråling og kvardagsteknologi knytt til dei

Innledning om elektrostatikk

Bakgrunnen for navnet elektrisitet er at navnet elektron betyr rav på gresk. Så tidlig som 600 f.Kr. observerte grekerne at rav som ble gnidd kunne trekke til seg lette ting som fjær og strå. William Gilbert (1544-1603) påviste at elektrisitet var en generell egenskap som gjaldt mange stoff og han hevdet at det måtte finne to slags ladninger. Benjamin Franklin (1706-1790) gjorde systematiske forsøk med å gni ulike stoff mot hverandre og det var da han som innførte begrepene positiv og negativ ladning. Charles Couloumb (1736-1806) utviklet en elektrisk vekt som kunne måle elektriske krefter og han påviste da at de elektriske kreftene avtar som 1/r² omkring en ladning.

Den historiske oversikten her viser at elektrisiteten først ble oppdaget fordi man observerte krefter. Krefter er derfor et grunnleggende begrep i forbindelse med elektrisitet, og det er da ved å studere krefter at vi lærer noe om elektrisitet. Elektrisitet medfører krefter, men alle krefter vi observerer er da ikke forårsaket av elektrisitet. I første omgang er det viktig å gjenkjenne elektriske krefter ved å finne ut hva som skiller disse fra andre typer krefter. I neste omgang er det så aktuelt å si noe mer om årsaken til de elektriske kreftene. Hvordan oppstår de og hva er de egentlig?

Forståelse for kraftbegrepet er grunnleggende for å forstå elektrisitet
Nå finnes det et ordtak som heter at man "ikke ser skogen for bare trær", og i det kan det ligge at man er så vant til å se ting at man egentlig oppdager det. Når mennesker ser krefter i hverdagen, så er det mange som likevel ikke "ser" dem. De konstatere hva som skjer og vanligvis vil de også husker det til senere anledninger, men de er ikke bevisst at det er snakk om krefter. Grunnen er kanskje at begrepet kraft ikke er en del av det aktive ordforrådet. De har da sett ulike krefter i funksjon, men de har ikke noe bevisst forståelse av hva som ligger i dette begrepet. Kraftbegrepet er grunnleggende når vi skal forklare det som skjer i ulike sammenhenger og i skolen er det viktig at lærerene bevisstgjør elevene på hva som ligger i dette begrepet. Her følger noen generelle kjennetegn på krefter:

- de virker alltid mellom gjenstander/ting (minst 2 ting)
- de kan virke over avstand (fjernkrefter) eller ved berøring
- de kan enten frastøte eller tiltrekke
- de kan være sterke eller svake (kan kvantifiseres)
- de har da alltid en retning (kalles vektor i fysikken)

I læringsituasjoner er det da viktig å sikre at elevene behersker kraftbegrepet og øvinger hvor elevene skal bruker kraftbegrepet for å beskrive ulike fenomen er da nyttige.

Forståelse er noe mer enn å kunne beskrive et fenomen
Noen mennesker er fornøyd med å kunne konstatere eller beskrive hva som skjer. Dette er viktig innenfor naturvitenskapen og et viktig mål i skolesammenheng. Men det å kunne beskrive naturfaglige fenomen er da bare første steget på en vei som fører til det vi her kaller forståelse. Å være nysgjerrig vil si å prøver å finne ut hva som ligger bak ulike observasjoner. Hoveddrivkraften bak nyvinninger innenfor vitenskapen og teknikk er nysgjerrighet. Lærere i skolen bør oppmuntre elever til å være nysgjerrig. Krefter er da en type naturfenomen hvor det er nærliggende å spørre hva som ligger bak, og det er da et viktig spørsmål i dette heftet. Mens tradisjonelle lærebøker vanligvis er fornøyd når de har beskrevet de ulike kreftene, så vil vi i dette heftet ta opp noen gamle og grunnleggende spørsmål. Et slikt gammelt spørsmål er da om det finnes noe mellom gjenstander som påvirker hverandre gjennom fjernkrefter. Nå er det et mål i skolesammenheng å videreformidle naturvitenskapelige metoder og tenkemåter i tillegg til ren kunnskap, og det er da i denne sammenhengen at det er viktig å også repetere de gamle spørsmålene, ikke bare svarene. Det å tilegne seg naturvitenskapelig kunnskap er altså noe mer enn å lese naturvitenskapelige bøker og pugge innholdet. Derfor vil vi her reise noen gamle spørsmål og sette noen spørsmålstegn med noen av de konklusjonene som er gjort opp gjennom vitenskapens historie. Vi vil også vise at elektriske fenomen kan beskrives på ulike måter, og målet for det heller er da å utfordre leseren til å tenke selv i stedet og bare passivt aksepterer det som står i ei bok.

Fakta om elektrostatikk

Grunnbegrep og sentrale lovmessigheter:

Før det er mulig å beskrive et naturfenomen så er det vanligvis nødvendig å ha et begrepsapparat. Her følger da noen grunnleggende begrep og lovmessigheter innenfor det vi kalle elektrostatikk. Elektrostatikk er den delen av elektrisitetslæren hvor det er snakk om store krefter (høy elektrisk spenning), men lite elektrisk strøm. Navnet antyder vel at elektronene er tilnærmet statiske eller i ro. På den andre siden har vi elektrodynamikken hvor det ofte er snakk om relativt små spenninger, men mye strøm. Denne kommer vi tilbake til. 

Det er de negative elektronene som vanligvis forflytter seg når gjenstander endrer ladning.

Bedre forståelse gjennom fysiske modeller?
Det som er nevnt så langt er en presis beskrivelse av elektrostatikkens grunnlag, og vi kunne derfor gått direkte videre å sett på noen praktiske eksempler slik det ofte skjer i vanlige lærebøker. Problemet med dette er at mange lesere vil oppleve at de mangler noe i forhold til å forstå hva de elektriske kreftene egentlig er. Virkningene er beskrevet ovenfor, men de får tankemessige problemer når fysiske krefter tilsynelatende oppstår av ingenting. Hva er det konkret som gjør at en ladning bli påvirket av en annen ladning som befinner seg et helt annet sted? Det var Michael Faraday (1791-1867) som først foreslo å bruke elektrisk felt som forklaring på elektriske krefter. Dette feltet kan da tegnes som linjer/piler som starter eller ender i ladningene slik figuren ovenfor viser. Retningen til pilene forteller om retningen til de elektriske krefter og tettheten av linjene (de er tettest nær ladningen) forteller da hvor sterke kreftene er. I vanlige fysikkbøker bruker man det elektriske feltet som en hjelpemodell for å forstå og beskrive elektriske fenomen, men man antar da vanligvis at det ikke er snakk om noe som fysisk er til stede omkring ladningene. I dette heftet antar vi at dette feltet virkelig eksisterer. Det er ikke mulig å bevise eller motbevise at det virkelig finnes, men siden man ved hjelp av dette feltet (også kalt eteren) kan forklare en lang rekke naturfenomen ved hjelp av fysiske modeller, har vi valgt å tro at det virkelig eksisterer. Alternativet er å arbeide med ting som ikke har en bakenforliggende fysisk årsak, og det kan være frustrerende i lengden.

Nå finnes det noen løse rykter om at man har bevist at eteren ikke eksisterer, men hittil har jeg ikke møtt noen som kan vise meg selve beviset. Noen har henvist til de kjente forsøkene til Michelson og Morley fra 1887, men det er da ikke noe i dette forsøket som motbeviser den eterteorien som vi bruker her. Generelt er det ting som tyder på at de som mener at de har motbevist eteren egentlig ikke har skjønt hva det dreier seg om. Målet for de fleste som studerer fysikk er å forstå naturen, og når det finnes en modell som er nyttig til å forstå endel fysiske fenomen, hvorfor skal man så i neste omgang svekke modellen ved å si at den ikke er fysisk? Naturen er slik den er uavhengig av hva vi tenker om den, så vi trenger ikke å være bekymret på naturens vegne. Modellene våre vil derfor alltid være noe som finnes inni hodene våre, og poenget her er at om vi har en modell som vi ikke stoler på, så vil vi sannsynligvis heller ikke ha noen særlig hjelp av den. For å illustrere dette kan vi tenke oss at en fotballtrener har utviklet en strategi for å føre laget fram til seier. Det er ikke sikkert at det finnes en bestemt fotballstrategi som til evige tider vil være bedre enn alle andre, men om et fotballag skal lykkes er det viktig at de aksepter og tror at trenerens strategi er bra. Hvis fotballspillerne til stadig gjentar for seg selv og andre at den aktuelle strategien har mange svakheter, så er det lite sannsynlig at fotballaget vil lykkes, selv om strategien er aldri så god.

Nå er det sannsynligvis mulig å bestå eksamen uten å forstå hva som menes med elektrisk felt, men her vil vi da anbefale leseren å tenke at det er felt som ligger bak de elektriske kreftene som er beskrevet i fortsettelsen. Den senere forståelsen av magnetisme og elektromagnetiske fenomen vil i stor grad være avhengig av at man klarer å "tenke felt" i stedet for ladninger. Det elektriske feltet kan f.eks. defineres som følger:

 Forskjell på felt og feltsum!
Alle som har gjort forsøk med elektriske krefter har oppdaget at de har relativt kort varighet, og i den sammenhengen er det nærliggende å tenke at det underliggende elektriske feltet forsvinner når kraften forsvinner. Dette har sannsynligvis sammenheng med at vanlige fysikkbøker som regel tegner feltsummen, og kaller denne for 'det elektriske feltet'. I figuren til høyre har vi et eksempel fra et leksikon (Store Norske leksikon). Problemet med dette er at man da får det inntrykket at elektriske felt er noe som lages når man f.eks. gnir ting mot hverandre og det forsvinner som følge av en etterfølgende utladning. Elektriske felt blir på den måten noe flyktig som bare er til stede i spesielle situasjoner, og om man tenker slik er det forståelig at man ikke har noen tro på at elektriske felt er noe særlig nyttig når vi skal forstå naturen. Her vil vi derfor understreke at elektriske felt er like varige som elektriske ladninger siden de har sin årsak i elektriske ladninger. Ei nøytral kule vil fortsatt inneholde ladninger (protoner og elektroner), selv om vi utad ikke kan merke noen elektriske krefter. Tilsvarende kan vi si at det fortsatt er elektriske felt omkring kula, men i dette tilfellet sier vi at feltsummen er lik 0. Til venstre har vi tegnet feltet omkring et proton og et elektron og da ser vi at dette feltet peker utover fra protonet og innover mot elektronet. Hvis vi så fører protonet og elektronet sammen til et nøytralt hydrogenatom vil feltene fortsatt eksistere, men siden pilene da får motsatt retning sier vi at feltsummen er lik 0 og derfor vil vi ikke kunne påvise elektriske krefter omkring hydrogenatomet. Dette betyr da at alle nøytrale stoff vil omgi seg med nøytraliserte elektrisk felt med feltsum lik 0. Dette feltet har da sin årsak i alle ladningene som finnes i stoffet. Når vi gnir på ulike stoff vil det hoppe over noen få elektron og det elektriske feltet vi da observerer, skyldes da at det er blitt en ubalanse i "utgående" og "inngående" feltlinjer. Vi har da fått en feltsum forskjellig fra 0.

Konkrete eksempler er viktig
Når man skal lærer om noe nytt, er det viktig at man har noe kjent og konkret å koble den nye lærdommen til. Ellers blir den lett "hengende i lufta" og den nye lærdommen får sannsynligvis få praktiske konsekvenser. I dette tilfellet er det snakk om elektriske krefter, og her vil vi derfor gi noen eksempler hvor vi har elektriske krefter.

* Gnidning mellom ulike stoff medføre elektriske krefter. I noen tilfeller får vi også gnister om de aktuelle stoffene kommer i nærheten av ledende materialer. En såkalt triboelektrisk serie forteller da hvilke stoff som gir størst ladning og hva slags ladning det er snakk om (+ eller -). Dette kalles da statisk elektrisitet. Eksempler hvor vi bruker dette bevisst er når vi henger ballonger i taket og når vi bruker bandgenerator for å skape høye spenninger. Vanligvis er statisk elektrisitet uønsket siden gnister kan skape brann og ødelegge elektronikk/datamaskiner.

* Vann og andre stoff fester seg til tak og vegger på grunn av elektriske krefter. Alle stoff består av ladninger og når disse danner dipoler vil stoffene lett feste seg til hverandre. Vann er f.eks. et nyttig stoff for å vaske vekk skit, og grunnen er nettopp at vannmolekylene er små dipoler som kan trenge inn "under" skiten og hjelpe til å løse den fra overflata. Når fuktige klær kleber seg til kroppen kan også dette forklares med elektriske krefter.

* Den såkalte overflatehinna som gjør at små dyr kan gå på vann er også et resultat av elektriske krefter. Rent vann som består av små likeformede dipoler vil fungere som en menneskemasse som holder hverandre i hendene. Det er da vanskelig for utenforstående å trenge seg inn i en slik enhetlig struktur, hvis da vannmolekylene ikke finner andre passende "hender" å ta tak i.

* Elektriske krefter brukes i elektrostatiske luftrensere, TV, kopieringsmaskiner og mye annet. Om vi inkluderer de elektriske kreftene som driver strømmen gjennom ledningene så kan vi vel si at alt elektrisk utstyr inneholder elektriske krefter.

* I kjemiske bindinger er også elektriske krefter en sentral del

Hensikten med denne listen er på den ene siden å gi praktiske eksempler som vi kan tenke på når det er snakk om elektriske krefter. Dernest kan den vel også fungere som en motiveringsfaktor som da viser at elektriske krefter er relevant i mange ulike sammenhenger, og det er sannsynligvis ikke bortkastet å prøve å forstå disse kreftene litt nærmere.

Kvalitativ elektrostatikk

Gnidd plast tiltrekker papir
Vi omgir oss med mange ulike typer plaststoff, og de fleste av disse stoffene vil forårsake elektriske krefter når de blir gnidd mot f. eks. hår, ull, bomull eller annet. Gni f.eks. en plastpenn mot håret og sjekk opp hvor store papirbiter den kan løfte fra bordet.

Forklaring: Når vi gnir pennen mot håret vil pennen få overført elektroner fra håret slik at den blir negativt ladet (mens håret blir positivt ladet). Papirbitene på bordet er på sin side nøytrale. Det vil si at det er like mange positive som negative ladninger i dem. Men når en negativ ladet penn kommer i nærheten av papirbitene vil den skyve bort de negative elektronene fra overflata (like ladninger fraskyver hverandre) og derfor blir papiroverflata positivt ladet og pennen vil tiltrekke papiret.

Problem: Hvorfor vil ikke overskuddet av elektroner ledes bort via hånda som holder pennen?

Svar: Pennen er i seg selv en isolator og overskuddet av elektroner i den enden som er gnidd vil derfor ikke kunne bevege seg bort til hånda. Erfaring viser imidlertid at ingen stoff isolerer 100% og derfor vil staven gradvis lades ut både langs pennen og gjennom luften. Spesielt i fuktig luft vil denne utladningen gå fort, og derfor er det vanskelig å gjøre forsøk med statisk elektrisitet når det er høy luftfuktighet.

Alt nøytralt blir tiltrukket av en ladet gjenstand
Om vi vil sjekke om det er noe som ikke blir påvirket av de elektriske kreftene som dannes når vi gnir en penn så kan vi henge ulike gjenstander i en sytråd og holde en gnidd penn i nærheten. Vi kan også holde en gnidd penn i nærheten av en tynn metalltråd, vannstråle ol. Siden det blir elektrisk tiltrekning betyr det at det skjer en forflytning av ladninger i stoffene som da innebærer at det blir en positiv ende (nærmest pennen) og en negativ ende (lengst fra pennen). En gjenstand som har en positiv og negativ ende kalles en dipol. Siden alle stoff inneholder positive protoner og negative elektroner vil vi sannsynligvis oppleve at alle stoff blir dipoler i nærheten av en ladet gjenstand.

Spørsmål: Vil det alltid være slik at elektroner flytter seg fra positiv til negativ ende når vi har en dipol?

Svar: Når vi har gjenstand av metall eller andre gode ledere så er det sannsynlig at elektroner forflytter seg mellom ytterkantene. Det er ikke nødvendigvis slik at bestemte elektron forflyttet seg hele veien, men resultatet er likevel at det er et elektronunderskudd i den positive enden og så finnes det ett tilsvarende elektronoverskudd i den andre enden. Når det derimot gjelder vann og ulike isolerende stoff, så er det vanlig å anta at molekylene i disse stoffene er små dipoler som dreies på en systematisk måte. Resultatet blir da en positiv og negativ ende uten at elektroner har forlatt de molekylene de tilhørte. Molekylene har bare dreiet litt slik at det er en overvekt av molekyler som har den positive polen mot den positive enden.

Også nøytrale gjenstander tiltrekker hverandre
De fleste vet at en gnidd ballong vil bli tiltrukket av et nøytralt tak. Men om vi tenker oss om er det egentlig mange ting som kan feste seg til taket. Støv, vann og andre ting som vi med et fellesnavn kan kalle skit, vil kunne henge seg fast i taket. Det betyr altså at det her finnes tiltrekningskrefter som er sterkere enn gravitasjonskraften som da trekker nedover. Her vil vi da kort påstå at det er snakk om elektriske krefter, og forklaringen er da at det finnes små dipoler i alle stoff. Når ulike stoff kommer i nærheten av hverandre vil dipolene i det ene stoffet snu litt på dipolene i det andre stoffet som så igjen snur på dipolene i det første stoffet, og jo mer de har tilpasset seg til hverandre med + overfor -, jo sterkere vil tiltrekkningskreftene være. De fleste har vel erfart at ting fester seg med tida og generelt er det enklest å fjerne ny skit. Når vann har vist seg å være et effektivt middel for å vaske bort skit, så har det sammenheng med at vannmolekyelen er små dipoler som kan gå inn mellom andre dipoler og dermed gjøre bindingene svakere slik at skiten kan skylles bort. Generelt kan vi derfor si at det ved berøring oppstår elektriske tiltrekningskrefter mellom alle stoff, og disse vil da øke med tiden fordi dipolene i de ulike stoffene gradvis vil tilpasse seg. Nå er det f.eks. mulig å få tynne papirark til å feste seg til vegger eller tak. Om papirarket blir for tungt kan vi gi det en ladning ved å gni det eller fukte det med vann for å få det til å feste seg. I mange tilfeller kan vi så oppleve at slike papirark fortsatt henger fast etter at ladningen er forsvunnet eller vannet er fordampet. Forklaringen på dette er da at det tar litt tid å snu dipolene i et stoff.

Overflatehinne Mange har sett insekter som kan gå på vannet og små metallgjenstander (nåler, barberblad o.l.) som flyter på vann. Noen forklarer det ved å henvise til en overflatehinne. Her vil vi hevde at dette er et uheldig ord som gir uheldige assosiasjoner. Årsaken til dette fenomenet er at vannmolekylene er relativt sterke dipoler som blir sterkere tiltrukket av hverandre enn av f.eks. jern. Når vi så legger ei nål forsiktig ned på ei vannflate kan vi tenke at vannmolekylene fungerer som en menneskemasse som holder hverandre i hendene. Det er da vanskelig for andre å trenge inn i en slik menneskemasse. Men om vi f.eks. har såpe i vannet betyr det at vi tilfører molekyl som er svakere dipoler og disse vil da gå inn mellom vannmolekylene og svekke båndene mellom disse slik at nåla kan trenge inn mellom vannmolekylene. Forklaringen på overflatehinnen er altså ikke at vannet omgir seg med en spesiell hinne, men at rent vann består av relativt sterke dipoler som foretrekker å omgi seg med andre vannmolekyl i stedet for å slippe til andre stoff.

Hvordan øke ladninger ? (1)
Hvis vi ønsker å observere både tiltrekning og frastøting må vi samle opp litt større ladninger som "overdøver" den overnevnte dipoleffekten som alltid vil gi tiltrekning. Rull litt aluminiumsfolie rundt enden av en rund penn og en sytrådbit slik figuren viser. Brett så kanten inn slik at tråden sitter fast. Lag så en knute i enden på tråden og heng "aluminiumsklokka" på et stativ slik som vist til høyre. Bruk gjerne kobber, tre eller plast i stativet i stedet for jern, slik at det samme stativet også kan brukes til magnetiske forsøk. Aluminiumsfolien har to viktige egenskaper som gjør at vi her får større ladninger. For det første vil aluminium lede strøm og det betyr at en eventuell ladning vil fordele seg jevnt utover overflata og det blir derfor plass til mer ladning. Dernest er overflata blank og det betyr at tapet i form av elektroner som hopper mellom lufta og flata blir minimal. Ei matt overflate er i praksis ei ujevn overflate med mange små spisser/topper hvor ladningene samles. På samme måten som en spiss lynavleder forårsaker spenningslekkasje som igjen minsker faren for lynnedslag, vil ei matt overflate lekke mer ladning enn ei blank overflate.

Like ladninger fraskyver
Glass blir positivt ladet når det gnies med en plastpose. Gni et reagensrør med en plastpose og hold reagensrøret i nærheten av aluminiumsklokka. Først observerer vi tiltrekning, men etter en eller flere berøringer vil vi kunne observere at det blir fraskyving. Forklaringen er at det hoppet elektroner fra aluminiumklokka til reagensrøret under berøringen og derfor får både kula og reagensrøret samme positive ladning. Like ladninger fraskyver hverandre. Hvis vi så tar på glassklokka eller reagensrøret med ledig hånd får vi en utladning og vi vil igjen observere tiltrekning.

Spørsmål: Hvorfor bruke reagensrør i stedet for penn i eksempelet ovenfor?
Svar: Nå finnes det ulike typer glass som følge av ulike tilsetninger, men noen glassorter (deriblant "grønne" reagensrør) får relativ stor ladning når de gnies med andre stoff. Den positive ladningen i glasset blir altså større en den negative ladningen i vanlige plastpenner. Husk at de kreftene vi observerer blir større jo større ladningen er. En annen grunn for å velge glass i stedet for plast i dette tilfellet er at positive gjenstander synes å holde bedre på ladningen. Dette har sammenheng med at det er de negative elektronene som forflytter seg når noe lades ut. Om aluminiumsklokka har negativ ladning betyr det at det finnes mange elektroner på overflata som står klar til å hoppe over i lufta omkring og utladningen går derfor relativt fort. Om aluminiumsklokka derimot er positivt ladet må den tiltrekke seg elektroner fra luften omkring for å lades ut, og siden det er relativt få løse elektroner i luften omkring, så vil utladningen ta lengere tid.

Spørsmål: En gang den ovennevnte aluminiumsklokka ble demonstrert ble det hentet fram en skål med vann for å demonstrere at vått papir vil klebe seg til tak og vegger på samme måte som gnidd plast og papir gjør det. Etter dette fungerte ikke forsøkene med aluminiumsklokka mer. Hvorfor?
Svar: Vann vil relativt raskt fordampe fra ei skål, fuktig papir og annet, og fuktig luft vil da øke hastigheten på utladningen av glass og andre ting som vi brukte for å demonstrere elektriske krefter.

Elektroskop kan bestemme størrelsen og fortegn til en ladning
Figuren til høyre viser to vanlige typer elektroskop som brukes i skolesammenheng. Om man mangler slike er det lett å lage et elektroskop ved hjelp av en glasskolbe en metalltråd og en bit av en aluminiumsfolie. Et elektroskop består av to deler som kan bevege seg i forhold til hverandre samtidig som de er koblet sammen elektrisk. Når så den ene delen blir ladet opp vil den andre delen få samme ladning og det oppstår fraskyvningskrefter mellom de to delene. Jo større ladning jo større blir kreftene og jo mer spriker de to delene. Elektroskopet viser oss derfor hvor stor ladningen er i det som berøres og den forteller også om en senere gjenstand har samme eller motsatt ladning i forhold til den som berørte elektroskopet forrige gang. Det forteller derimot ikke om en ladning er positiv eller negativ. For at vi skal bruke elektroskopet til å bestemme hva som er positivt og negativt, så må vi kjenne fortegnet på en testladning. Vi vet f.eks. at glass alltid blir positivt om det gnies med plast, men det betyr ikke at glass får en positiv ladning uansett hva vi gnir det med.

Eksempel: Om vi gnir et reagensrør med en plastpose flere ganger og lar reagensrøret berøre elektroskopet flere ganger ser vi at elektroskopet lades opp litt hver gang. Når vi så neste gang holder reagensrøret i nærheten av elektroskopet ser vi at elektroskopet spriker ytterligere som følge av en dipolvirkning. Det er da et tegn på at glasstaven og elektroskopet har samme ladning (+). Om vi så gnir reagensrøret med bomull eller ull vil vi sannsynligvis fortsatt observere at vi har samme spenning (+). Men om vi derimot gnir reagensrøret med menneskehår eller en kaninpels vil vi kunne oppleve at elektroskopet går sammen når reagensrøret nærmer seg. Det betyr da reagensrøret nå har fått tilført elektroner og er blitt negativt.

Den triboelektriske serien
Benjamin Franklin (1706-1790) var den første som gjorde systematiske studier av elektostatiske krefter, og det var han som innførte begrepene positiv og negativ ladning. I vår moderne tid har ellers Franklins statiske elektrisitet fått en ny aktualitet. ESD (ElectroStatic Discharge) er et problem for moderne datamaskiner. Et kjennetegn på moderne elektronikk er at komponentene er blitt mindre. Det betyr mindre strømforbruk og mer regnekapasitet på et lite område. Samtidig betyr det også at relativt små elektrostatiske spenninger kan få strømmen til å hoppe over på feil steder og ødelegge elektronikken. Vi mennesker vil f.eks. føle ubehag ved elektrostatiske spenninger på ca. 3000V. Enkelte komponenter i en datamaskin kan bli ødelagt ved spenninger på ca 100V. Det betyr at vi kan ødelegge et kretskort bare ved å ta på det. Nedenfor følger en såkalt triboelektriske serie med endel vanlige stoff. I en slik serie er det ladningen de får når de gnies, som bestemmer hvor de skal plasseres i forhold til de andre stoffene. Jo lenger fra hverandre to stoffer befinner seg på denne serien, jo større ladningsforskjell får de ved gnidning. Et råd fra et datablad: "Bruk ikke kaninpels når du håndterer elektronikk!"

Merk at reagensrøret vi har nevnt tidligere ble negativt når vi gned det mot menneskehår. Det betyr da at dette spesielle glasset får en plassering til høyre for menneskehåret og til venstre slik serien ovenfor viser . Om vi ønsker store elektrostatiske spenninger må vi velge stoff som befinner seg langt fra hverandre i serien ovenfor og gni disse mot hverandre. Om vi derimot ønsker å unngå statisk elektrisitet og tilhørende gnister kan vi bruke stoff i hansker og klær som i serien befinner seg nær det vi arbeider med. Videre er det mulig å koble ulike gjenstander til jord for å unngå statisk elektrisitet.

Hvordan øke ladninger? (2)
Tidligere har vi nevnt at berøring gjør at ladninger hopper over fra ett sted til et annet og på den måten kan vi spre en ladning slik at det blir samme ladning flere steder. Dette er da relativt enkelt å forstå og en forståelse for dette prinsippet øker vel ikke selvtilliten så mye. Om noen så sier at det er mulig å lage en negativ ladning eller en stor positiv ladning ved hjelp av en liten positiv ladning, så høres det i første omgang umulig ut, og selv om det skulle være mulig så tenker kanskje noen at det er for krevende å forstå for vanlige folk. For om mulig å øke interessen og selvtilliten hos vanlige folk vil vi her kort nevne noen enkle og elegante prinsipp som er grunnleggende om man ønsker å forstå virkemåten til moderne teknologi såvel som det biologiske skaperverket.

Positivt blir negativt: Hvis vi holder ei positiv ladning i nærheten av ei nøytral ledende kule vil kula bli en dipol. Det blir altså et underskudd av elektroner (positiv ladning) i den enden som vender bort fra den positive ladningen. Hvis vi så kobler denne "baksiden" til vår nøytrale jord vil det tiltrekkes elektroner og om vi så fjerner jordledningen før vi fjerner den positive ladningen ved fremsiden, vil resultatet bli at kula som helhet har fått en negativ ladning.

Lite blir stort: Dette kan skje om vi har en kuleformet ledende kule med et lite overskudd av elektron (negativ ladning). Siden overskuddselektronene har samme ladning vil de fraskyve hverandre og derfor vil de plassere seg langs ytterkanten. Det vil altså ikke være noen overskuddsladninger langs innersiden av kula og denne sida vil derfor være nøytral. Vi sier da at ladningen, enten den er negativ eller positiv samler seg langs ytterkanten av et legeme. Hvis vi så forbinder utsiden av en annen kule med samme negative ladning til innsiden den første kula så vil vi oppleve at ladningen forsvinner fra utsiden til den ene via den nøytrale innsida av den andre kula og havne opp på utsiden av denne. Vi har med andre ord fått doblet ladningen til den første kula. Dette er da prinsippet for bandgeneraturen som er nevnt nedenfor.

Bandgeneratoren (Elektrifisermaskin, Van de Graf generator)
Noe av det mest spennende og eksotiske vi kan gjøre i en fysikktime er kanskje å bruke bandgeneratoren for å lade opp en person slik at håret reiser seg. De som da tar på personen får støt og personen kan selv oppleve å få støt om han tar på ting i omgivelsene. Vanligvis gir en bandgenerator positiv spenning og rent fysisk betyr det at kula og det som berører den får underskudd av elektroner. Under spesielle forhold kan en bandgenerator produsere spenninger på opp til 20 millioner volt. Den maksimale spenningen vi kan ha i luft før vi får gnist er 3 millioner volt pr meter (20 millioner volt svarer til en gnister som er nærmere 7 meter lang). De gnistene vi får fra en vanlig bandgenerator som brukes i skolen vil kanskje være noen få millimeter. En tommelfingerregel er da at vi kan multiplisere gnistlengden oppgitt i millimeter med 3000 og få spenningen i volt (3 000 V pr mm). De bandgeneratorene som brukes i skolen er ikke farlige. Hovedgrunnen til dette er at det er snakk om lite strøm selv om ladningen er stor og ubehagelig for dem som får støt. Merk ellers at spenningen vil ligger i overflaten av huden og den påvirker derfor ikke de indre deler av kroppen.

Til venstre er det vist en prinsippskisse for en bandgenerator. Et gummibelte (isolerende materiale) vil i nedre kant gnies mot noe som er knyttet til jord. Dette medfører da at noen elektroner vil hoppe over fra gummien til jord og den gummien som går opp i kula vil da være svakt positivt ladet. Når den kommer inn i kula vil den passere en annen leder som i utgangspunktet er nøytral siden denne er forbundet med innsiden av kula. Merk at kula er ledende, og i et hvert hulrom i en ledende kule vil vi ha null ladning (nøytralitet). All ladning i en kule vil samles på utsiden fordi like ladninger frastøter hverandre. Lederen i kula vil da avlevere noen elektroner til gummibandet og selv bli svakt positivt ladet. Denne ladningen vil imidlertid rakst forflytte seg til overflata av kula. Dette betyr at gummibeltet kontinuerlig vil overføre ladninger fra kula til omgivelsen og resultatet blir at overflata av kula blir sterkere og sterkere positivt ladet. Selve kula må være isolert fra omgivelsene med isolerende materialer. Om vi skal oppnå høye spenninger er det viktig å ha tørr luft i rommet og å ha en god isolatorkrakk til den som skal lades opp. Vanlige gummisko er ikke nok. Selve kula er vanligvis blank. Det betyr at kula er svært slett og mangler ujevnheter og dermed er utladningen til luften minimal. Personen som skal lades opp bør ikke ta direkte på den blanke flata men holde i en leder som er festet til kula. Fingeravtrykk på den blanke kula gjør at den holder dårligere på ladningen.

Elektrostatisk luftrenser
Elektrostatiske luftrensere er svært effektive i mange sammenhenger. Nå er det mulig å kjøpe slike også til vanlige husholdninger, men det er mest i forurensende industrier at man bruker slike. En elektrostatisk luftrenser kan fjerne opptil 99% av partikler i luften (støv, aske, pollen osv). Den fjerner altså ikke giftige gasser. Prinsippet for en slik luftrenser er vist til høyre. Spenningen mellom de negative lederne inni og de positive veggene er i størrelsesorden 40-100kV. Ved den negative polen vil det dannes negative ioner (O₂- ol.) og frie elektroner som akselereres mot de positive veggene rundt. Disse vil da treffe partikler, lade opp disse og dra dem med mot de positive ytterveggene. Disse blir jevnlig ristet og støvet vil da falle ut i bunnen.

Fotostatkopiering
Elektrostatiske prosesser er også sentrale i vanlige kopieringsmaskiner og laserskrivere. I 1940 fikk Chester Carlson en patent etter at han utviklet de grunnleggende prinsippene i denne kopieringsprosessen. Den baserer seg på at noen stoff opptrer som ledere i lys og isolatorer i mørke (fotokonduktor). En metalltrommel med en film av et slikt stoff (inneholder vanligvis selen) blir først ladet svakt positivt. Så eksponeres den for reflektert lys fra en originalside. Alle de stedene som er utsatt for lys vil da miste den elektriske ladningen. Så blir det tilført et svart stoff (toner) og denne vil feste seg til de positivt ladede områdene. Toneren blir da videre overført fra trommelen til et papirark. For at ikke toneren skal falle av arket igjen, blir arket "fiksert" ved hjelp av oppvarming før det kommer ut av maskinen.

Kvantitativ elektrostatikk

Så langt har vi beskrevet ulike elektriske fenomen uten å angi noen konkrete verdier for elektriske ladninger (q), krefter(F_E) og felt (E). I skole og opplæringssammenheng er det viktigst at man kvalitativt forstår et fenomen og det er da en av årsakene til at vi foreløpig har unngått kvantitative verdier. Nå er det dessuten slik at elektrostatikken har relativt liten betydning i samfunnet generelt, og derfor er det sjeldent at det er spørsmål om konkrete verdier innenfor dette feltet. Derfor vil det heller ikke bli forventet at man skal gjøre kvantitative beregninger innenfor elektrostatikk til eksamen ved lærerutdanninga. I vitenskapelig sammenheng er det derimot viktig å ha kvantitative verdier innenfor dette feltet, og her vil vi da først gi et kort historisk tilbakeblikk til noen hendelser som har betydd mye for vår forståelse av elektriske fenomen.

Tidligere har vi nevnt Benjamin Franklin (1706-1790) som gjorde ulike systematiske forsøk med å gni ulike stoff mot hverandre. Utfra disse forsøkene fant han at det måtte være to typer ladning som han kalte positive og negative ladninger. Dette var da det første steget mot en kvantifisering av elektriske fenomen. Det uheldige i det han gjorde var da å definere ladningen til glass som positiv. Det fikk da den konsekvensen at elektronene som er de som beveger seg fikk negativ ladning. Derfor fikk vi det ulykkelige forholdet at strøm og elektronstrøm i en elektrisk leder fikk motsatt retning. Dette er forvirrende for dem som skal lære om elektrisitet, og de fleste er vel enige om at det hadde vært bedre om elektronene hadde fått positiv ladning i starten. Nå gikk det lang tid før man klarte å gjennomføre forsøk som klart viste retningen til "strømpartiklene" og derfor er det ikke rett å klandre Benjamin Franklin. Problemet vårt i dag er da at det vil bli et omfattende arbeid å endre lærebøker og annet om vi i dag skulle bestemme oss for å omdefinere fortegnene til elementærpartiklene slik at elektronen fikk positiv ladning. Det vil derfor sannsynligvis ikke skje og derfor må vi nok leve med problemet at strømmen og elektronstrømmen går hver sin veg i en leder.

Det var observasjoner av krefter som gjorde at vi oppdaget elektrisiteten. Charles Coulomb (1736-1806) gikk da videre og studere disse kreftene kvantitativt. Han laget da en "vekt" som kunne måle elektriske krefter. Med den påviste han den loven som er kalt Coulombs lov:

F = kq₁q₂ / r²

Symbolet for ladning er q. Formelen forteller at kraften mellom to ladninger øker når ladningene øker. Videre vil kraften minker når avstanden mellom ladningene øker. Når det gjelder enheten for ladning så har man i ettertid valgt å kalle denne for Coloumb (C) oppkalt etter han som la grunnlaget for formelen ovenfor. Konstanten k (k = 9,0 10⁹ N·m²/C²) må være med for å gi rett tallverdier når vi bruker formelen.

For den som ikke skal bruke formelen til å finne kvantitative verdier, er det viktigst å merke seg at kraften og dermed også feltet (E=F/q) som er proporsjonalt med kraften avtar som 1/r² når man fjerner seg fra ladningen. Hvis man f.eks. dobler avstanden til en ladning vil feltet fra denne bli redusert til en firedel.

Michael Faraday (1791-1867) er kalt elektrisitetens far og er vel den personen som har bidradd mest til vår forståelse av elektrisiteten. Her vil vi kort nevne at det var han som introduserte felt-begrepet som da er tenkte kraftlinjer i rommet mellom ladninger. Tidligere var det vanlig å betrakte elektriske krefter, magnetiske krefter og gravitsjonskrefter som såkalte fjernkrefter som virket på avstand uten berøring. Man beskrev kreftene ved hjelp av et matematisk symbolspråk og var fornøyd når det viste seg at naturen fungerte slik som beskrevet i matematikken. Faraday hadde lite skolegang og var derfor ikke flink i matematikk. Men han valgte i stedet å tenke på naturen som bestående av felt. Det var da disse feltene som forårsaket de ulike naturfenomenene som han observerte. Denne måten å tenke på er da kjernen i den såkalte em-modellen som da fungerer som en slags alternativ forklaringsmodell til det vi finner innenfor moderne fysikk (kvantefysikk og relativitetsteoriene). En forskjell mellom em-modellen og tradisjonell "mekanikk" er da at man i em-modellen finner årsaken til det som skjer i feltet mellom partiklene, mens man i moderne fysikk leter inni partiklene og i matematikken for å finne forklaringer.

Det elektriske feltet (E) som Faraday innførte er da definert som forholdet mellom kraft (F) og en ladning (q): E=F/q. Dette er da en enkel matematisk sammenheng, og det er da lett å finne en av disse størrelsene om man kjenner de to andre. Problemet er imidlertid at både felt og ladning er to størrelser som er vanskelig å måle og derfor er det ikke så ofte man bruker den aktuelle formelen i tilknytning til praktiske forhold.

Omkring 1900 hadde man klarlagt det meste når det gjaldt å beskrive de elektriske kreftene og virkningen av disse, men det gjenstod da et spørsmål som mange forskere strevde med å finne svaret på. Man kunne skaffe seg en kvantitativ verdi for ladninger i de fleste situasjonene, men man visste fortsatt ikke størrelsen på ladningen til et enkelt elektron eller proton. Det var da Robert Millikan (1868-1953) som i 1909 påviste at ladninger alltid hadde verdier som kunne skrives som q=Ne hvor N er et heltall og e er en ladning kalt elementærladningen. Han antok da at denne minste ladningen i naturen var e. Konklusjonen til Millikan var da at atomene består av positive og negative elementærladninger som har en ladning lik +e eller -e. Millikan målte elementærladningen e til å være 1,6*10^-19C i sitt berømte oljedråpeforsøk. I dette forsøket sprutet han svært små oljedråper inn mellom to ladede plater og observerte deres bevegelser når han endret spenningen over platene. Han kunne ved å variere spenningen få en oljedråpe til å sveve mellom platene. Når en oljedråpe var i ro var da den elektriske kraften lik gravitasjonskraften. Utfra dette forsøket klarte han da å bestemme ladningen til protonene og elektronene (elementærladningene).

Oppgaver

1.4 (25.02.94) a) Beskriv forsøk som viser at elektriske krefter kan frastøte og tiltrekke.
b) Hvordan vil du forklare årsaken til kreftene i de aktuelle forsøkene.

1.9 Når vi gnir en ballong kan vi få den til å henge under taket ei stund. Om vi tar opp på ballongen etter gnidningen vil den vanligvis ikke henge i taket. Forklar dette ved blant annet å bruke begrepene leder og isolator.

1.10 Vi lader opp to isoporkuler kledd med metallfolie med forskjellige ladninger og fører dem sammen. Hva vil skje hvis de ¹⁾har omtrent like stor (men motsatt) ladning og ²⁾hvis den ene er ladet og den andre ikke. Forklar.

1.11 (05.89) Foreslå aktiviteter til et opplegg om statisk elektrisitet i en femteklasse. Legg ved ei liste over sentrale begrep sammen med korte definisjoner som du kan tenke deg å bruke overfor elevene.

1.12 (5.12.95) Formuler en regel som gjelder for krefter mellom positive og negative ladninger. Hvordan vil du forklare at en positivt ladd glasstav vil tiltrekke seg ei nøytral isoporkule som henger i et tau?

1.13 (5.12.95) Forklar virkemåten til et elektroskop.(svareksempler)

Løsningsforslag:

1.4 (25.02.94) a) Vi kan gni glass (reagensrør ol) med plast (plastpose) eller plast (penn, kam ol) og når disse holdes i nærheten av papirbiter eller ting som er opphengt i en snor vil vi kunne observere krefter. b) Elektriske krefter virker mellom ladede gjenstander og alle typer stoff. Om det andre stoffet er nøytralt vil det bli til en dipol i nærheten av en ladet gjenstand og derfor blir det tiltrekning. Årsaken til elektriske krefter er at alle stoff består av ladninger og like ladninger vil frastøte mens ulike ladninger vil tiltrekke hverandre.

1.9 Hånden leder bort ladning, ballongen og taket gjør ikke (isolerer)

1.10 a)tiltrekning b)tiltrekning (den uten ladning blir dipol)

1.12 Svarelsempler:
"Elektriske krefter inneheld pos og neg ladninger... Det som skjer er at alle neg. ladn. i kula vil gå over til den sida som vender mot glasstaven"
"Ulike krefter tiltrekker og like krefter frastøter"
"Like krefter fråstøter, ulike krefter tiltrekjer"

1.13 Svareksempler:
"For at eit elektroskop skal virke krevst det eit batteri med si viss spenning, elles virker elektroskopet ikkje. Elektroskop skal måle ulike eigenskaper og tall ved strøm"
"Elektroskop: Viser hvordan elektriske krefter oppstår. En leder fører med seg ladninger som tas opp av to ledere i nedkant. Disse 'tar' så opp eller avgir elektroner etter behov. De to lederne vil da enten trekke mot hverandre (ulike ladninger) eller frastøte hverandre (like ladninger) alt etter hvilke type ladninger (positive el. negative) de har overskudd av."
"Tar vi på kula og avmagnetiserer den vil tverrstaven gå tilbake igjen"