Geladen ballonnen

De charme van de AW-rubriek is dat de behandelde onderwerpen volstrekt onbelangrijk zijn, schreef een vriendelijke lezer alweer enige tijd geleden. Speciaal voor hem vandaag een AW-aflevering over statische elektriciteit. Aan de orde komt de vraag of feestballonnen zich in contact met mensenkleding positief of negatief opladen.

Dat ballonnen zich, bij voldoende droog weer, sterk opladen schijnt een algemeen bekend feit te zijn. Ouders verrassen hun kinderen door goedkope mondgevulde ballonnen na wat wrijven met een wollen doek toch tegen het plafond te plakken en anderen hebben een vaste act met opgewreven ballonnen die een asbak leegzuigen. Het blijkt dat de heliumgevulde ballonnen uit de partyshop daarin niet beter scoren dan de Hema-gevalletjes die men zelf met lucht en longvocht volblaast.

Maar: laadt de gemiddelde feestballon zich positief of negatief op, of is het dàn weer het een, dàn weer het ander, al naar gelang de omstandigheden? Daarover hoor je niet zoveel en het is niet helemaal een academische kwestie, zoals straks zal blijken. Hoe onderzoeken wij met eenvoudige hulpmiddelen de ladingstoestand van een feestballon?

Wel, daarvoor doen we een beroep op het werk 'Grondbeginselen der natuurkunde - door de eenvoudigste proeven toegelicht' dat de Haarlemse natuurkundeleraar W.M. Logeman in 1853 naar het Hoogduitsch van dr. F.E.J. Crüger bewerkte. Logeman produceerde een boekje van bijna 800 bladzijden 'dat geheel ingerigt is om den lezer in staat te stellen alle voor het juist begrip der natuurwetten noodzakelijke proefnemingen te doen zonder kostbare werktuigen en toestellen, alleen met behulp van papiertjes, bierglazen en bakjes die iedereen dagelijks bij de hand heeft'. Op bladzijde 280 begint hij over wrijvingselectriciteit en op bladzijde 345 is hij daarmee klaar.

De 'eerstbeginnende' die zijn werk tot zich neemt leert dat er twee soorten wrijvingselektriciteit zijn die bij het wrijven altijd tegelijk ontstaan en dat de twee soorten elkaar kunnen opheffen. De 'elektriciteit' die een glazen staaf of buis krijgt na het wrijven met een zijden doek noemde Franklin positief, een pijp lak werd door wol juist 'negatief'. (Het begrip 'lading' wordt in 1853 nog niet gebruikt.) Duidelijk wordt dat de wol zelf na het wrijven in het ene geval negatief, in het andere geval positief achter blijft. Omdat gelijke soorten elektriciteit elkaar afstoten en verschillende elkaar niet alleen aantrekken maar ook kunnen opheffen, is met behulp van de gekozen standaarden en wat kleine hulpmiddelen snel uitsluitsel te krijgen over de ladingstoestand van een willekeurig lichaam.

Crüger/Logeman steunen op vlierpitballetjes, proefpapiertjes van fijn postpapier en vooral op de 'electroskoop', die destijds nog goudblaadjes (van de boekbinder) gebruikte maar die tegenwoordig natuurlijk met blaadjes aluminiumfolie wordt uitgerust. De blaadjes van de scoop op de foto bestaan overigens uit bijgeknipte velletjes sigarettevloei (rode Rizla) die met plakband op koperdraad zijn geplakt. Vloei deed het net wat beter dan aluminium. Het flesje is wat chemici een erlenmeyer noemen, maar waarschijnlijk is het welriekende stopflesje dat de kurk moest leveren net zo bruikbaar. Nu zit er nog badzout van Blokker in.

De home made elektroscoop toonde onweerlegbaar aan dat ballonnen onder wrijving een sterke lading opbouwen - vooropgesteld dat het innige handcontact dat de foto laat zien juist zoveel mogelijk wordt vermeden. Met dunner vloeipapier dan rode Rizla brengt men de elektroscoop moeiteloos in een krachtige spagaat. Een ballon hoopt makkelijk zóveel lading op, dat er knetterend vonken overspringen naar de knop van de elektroscoop als de afstand tussen die twee nog meer dan tien centimeter is. Het lukte om een deel van de lading op de knop over te dragen, maar de handicap was dat deze steeds al binnen een seconde of vijf wegvloeide. Daarna sloten de blaadjes zich weer. Zo verviel praktisch gesproken de mogelijkheid om de aangebrachte lading op de eigenschap positief of negatief te onderzoeken. Het plan was geweest daarvoor een opgewreven PVC-buis (elektrobuis) te gebruiken en dan later bij deskundigen navraag te doen naar de elektrostatische neigingen van PVC. (Het gebrek moet aan het vochtige weer van de laatste dagen worden toegeschreven. Logeman besteedt veel aandacht aan het drogen van de apparatuur.)

Gelukkig lukte het ook zonder bemiddeling van de elektroscoop, want het bleek dat de ballonnen zich zonder uitzondering door een met wol of droog katoen opgewreven PVC-buis lieten afstoten. Natuurrubberen ballonnen en PVC-buis ontwikkelen dus dezelfde soort lading.

Maar positief of negatief? Opeens schoot te binnen dat een modern televisietoestel daarin misschien uitsluitsel zou kunnen geven. Door de aard van zijn werking (een elektronenkanon beschiet een fosforlaag aan de binnenzijde van de beeldbuis) mag worden aangenomen dat een tv-scherm altijd enigszins negatief geladen is. Elektronen zijn negatief. Al spoedig bleek dat opgewreven ballonnen die voor zo'n scherm werden losgelaten gretig op de NOS-nieuwslezer afdoken. Conclusie: feestballonnen zijn positief geladen.

Zou het waar zijn? “Nee, het is niet waar”, zegt TNO-onderzoeker dr.ir. R.H.M. van de Leur van het Kunststof en Rubber Instituut. “Uit de tribologische reeks die ik hier voor me heb liggen valt af te leiden dat PVC zich bijna altijd negatief oplaadt. Als uw proefjes deugen, waren dus ook de ballonnen negatief geladen. En dat klopt goed met die tv-proef, want beeldschermen hebben aan hun buitenzijde juist een positief veld. Het veld van een positieve lading dus. Dat hebben wij een paar jaar geleden vastgesteld. Eerlijk gezegd heeft het ons ook verbaasd.”

De lezer begrijpt: de bal ligt nu bij Philips.

    • Karel Knip