Статично електричество: Определение, как работи, факти (с / Примери)

Електрическият заряд е навсякъде около вас, но наистина го забелязвате само в редки случаи, например когато косата ви се надигне след това сваляте шапка или когато получите рязко затваряне, когато протегнете ръка, за да докоснете нещо, след като потъркате краката си по килим.

Тези два явления са примери застатично електричество, нещо, за което вероятно сте научили, когато сте били дете. Но как статичният заряд кара косата ви да се надига и защо може да ви създаде статичен шок?

Какво всъщност се случва на атомно ниво, което произвежда тези универсални преживявания? Изучаването на подробности за статичното електричество ви дава много по-подробна представа за това очарователно свойство на материята.

Електрическият заряд е основно свойство на материята. Той е разделен на положителни и отрицателни заряди и въпреки че някои частици са електрически неутрални - като неутронът - те всъщност са съставени от още по-фундаментални частици, коитонаправетеносят електрически заряд.

Двете най-важни заредени частици, които трябва да знаете, когато научите за статичното електричество, са два от основните компоненти на атома: протони и електрони.

Протоните са заредени положително, със заряд +д, докато електроните са отрицателно заредени при -д, къдетод​ = 1.602 × 10⁻¹⁹ ° С. C тук означавакулони, което е единицата SI за електрически заряд. 10-те⁻¹⁹ ви казва, че заредените частици иматмного малъкстойности на заряда в сравнение с един кулон - два заряда от само 1 C, разделени от метър, биха генерирали сила, по-голяма от тягата на тягата на изстрелването на ракетата Saturn V!

Основното правило за начина на работа на електрическия заряд е, че противоположните заряди се привличат и подобните заряди се отблъскват. Така че, ако донесете електрон близо до друг електрон, те ще се отблъснат, докато ако донесете електрон близо до протон, той ще бъде привлечен от него.

На най-основното ниво статичното електричество просто се отнася до заряди, които не се движат. Има обаче много повече от това! Ключовото при статичното електричество е, че то възниква, когато има дисбаланс на заряда и този дисбаланс по същество създаваелектрически потенциал, което означава, че съществува потенциал за протичане на електрически ток (за балансиране на заряда) поради позициите на частиците, носещи заряд.

В атомите и, като разширение, повечето ежедневни предмети има баланс между положителното и отрицателното заряди (т.е. между протоните и електроните), така че те са електрически неутрални, когато се считат за всички заедно.

Така че, ако доближите един атом близо до друг, няма да има електрическа сила между тях, защото всички от положителните заряди се балансират от отрицателни заряди, така че няма нетна такса, която да генерира a сила.

Макар че наистина е малко по-сложно от това (защото електроните винаги се движат, така че невинагиблокират положителния заряд от протоните), тази неутрална ситуация създава ясен контраст с това, което се случва, когато има натрупване на статичен заряд.

По същество, когато даден обект (като косата ви след триене на балон върху него) получи излишък или дефицит на заряд (така че повече или по-малко електрони, отколкото в обикновено състояние), тогава той вече не е неутрален и може да генерира това, което наричате статично електричество. За разлика от това, обикновеното електричество е aнепрекъснато движениена заряда (под формата на електрони в електрически ток), докато статичното електричество не включва движениедотаксите се ребалансират взаимно - и евентуално ще ви дадат рязко забъркване в процеса!

Статичното електричество фундаментално зависи от дисбаланс между положителни и отрицателни заряди, но всъщност само електроните всъщност се движат, за да създадат този дисбаланс.

В атома протоните са здраво свързани в ядрото (заедно с неутроните) и двамата са значително по-тежки от отрицателно заредените електрони, които остават в „облак“ около външната страна на ядро.

Тъй като тези по-леки частици са отвън, когато един обект влезе в контакт с друг, това е електроните, които могат да се прехвърлят между тях, и триенето им заедно увеличава скоростта на зареждане изградят. Така че, ако обектът вземе допълнителни електрони, той се зарежда отрицателно, докато ако загуби електрони, се зарежда положително.

Изолационните материали държат добре статичен заряд, докато добрият проводник ще поддържа статичен заряд само в определени ситуации. Проводник, на който се дават допълнителни електрони, не задържа статичен заряд, тъй като електроните могат да текат свободно през материала (което е определението за добър проводник).

Така че всяко натрупване на заряд се разсейва твърде бързо, за да създаде забележимо статично електричество и може да се прехвърли в други обекти, освен ако не е напълно изолирано от останалата среда. Тъй като токът не може да тече в изолатор, статичното натрупване бързо създава забележим дисбаланс на заряда и по този начин генерира статично електричество.

Тъй като подобно на зарядите се отблъсква, а противоположните заряди се привличат, когато нещо има статичен заряд, то ще се придържа към противоположно заредени предмети, а понякога може иполяризираатоми в иначе неутрален обект и се придържаме към него - начина, по който балонът се придържа към стената, след като го разтриете на главата си.

Ако натрупването на заряд е достатъчно голямо и се постигне относително високо напрежение между двете повърхности или обекти, зарядът може да прескача от един обект на друг. Ето защо можете да получите удар от статичния удар, ако потъркате краката си по пода и след това докоснете дръжка на вратата.

Има много примери за статично електричество, с които ще се сблъскате в ежедневието, дори и да не мислите непременно за ролята, която статичният заряд играе в тяхната работа.

Един особено често срещан пример е статично прилепване към дрехите, особено след използване на сушилнята, която запазва идеалните условия за статичното електричество да се развива, а също така включва дрехи, които се трият една в друга и потенциално събират допълнителни електрони върху начин. Статичният шок от дрехи, заредени по този начин, обикновено е доста малък, но определено все още го забелязвате, когато го получите!

Копирните машини са чудесен пример за това как статичното електричество може да бъде използвано добре. Ярката светлина, която сканира документа, създава електрическа „сянка“ на изображението върху фотопроводим (т.е. светлочувствителен) колан и докато се върти, той улавя отрицателно заредени частици тонер поради статичността зареждане.

Под това друг колан носи лист хартия наоколо, придавайки силен положителен статичен заряд в процеса. Когато отрицателните заряди от тонера отговарят на положителните заряди върху хартията, тонерът се отпечатва върху самия лист хартия, по същия модел като сянката, вдигната от фотопроводителя колан.

Друг пример трябва да ви върне в час по физика в училище: генераторът на Ван де Грааф и класическата демонстрация, при която някой, който докосва сферата, се надига на косата. Генераторът работи въз основа на движението на статични електрически заряди, с движещ се ремък, преминаващ по дължината на устройството и два метални "гребена" за управление на статичния заряд.

Положително зареденият гребен отдолу (свързан с електрозахранване) изтегля електрони от колана, оставяйки го с нетен положителен заряд и този заряд се улавя от гребен отгоре, който го разстила до големия купол в Горна част. Ако докоснете купола по време на процеса на зареждане, отделни нишки на косата ви вземат съвпадащи заряди и се отблъскват, карайки го да се надига!

Мълниите са много драматична демонстрация на силата на статичното електричество и Бенджамин Франклин доказа това в една от най-известните научни демонстрации на всички времена чрез връзване на ключ за мокра струна хвърчила по време на гръмотевична буря.

Въпреки че е мит, че хвърчилото всъщност е било ударено от мълния (това вероятно би убило Франклин), електрическото поле от бурята беше уловена от струната, която - подобно на класическата демонстрация на генератора на Ван де Грааф - накара нишките на канапа да стоят на край. И накрая, Франклин докосна ключа и почувства появата на статичен шок, ясно показващ връзката между електричеството и мълнията.

Разбира се, учените са попълнили много повече подробности за процеса от дните на Бенджамин Франклин. Подобно на дрехите, които се трият едно в друго в сушилнята или балон, който се трие в косата ви, статичният заряд което създава мълния, идва от триенето и от ледените кристали в студения въздух, които се срещат с капки вода от топъл въздух маса.

Зарядът се натрупва на различни места в облака и когато има достатъчно висока разлика в електрически потенциал между тези места (т.е. достатъчно високо напрежение), той се освобождава под формата на Светкавица. Това обикновено се случвав рамките наоблаци или между два облака, но от време на време болтът ще удари земята.

Натрупването на статичен заряд, причинено от триене и триене, се нарича технически трибоелектричен ефект и въз основа на тази статия вече знаете подробностите за това, което причинява това и как работи. Обектите, влизащи в контакт помежду си, водят до това, че един от тях улавя допълнителни електрони (всички носещи отрицателни заряди), а другата развива дефицит на електрони и следователно положителна нетна зареждане.

Степента, в която различните материали улавят отрицателен заряд или губят електрони и получават положителен заряд, варира в зависимост от характеристиките на материала. Докато изолаторите обикновено са по-добри в улавянето на статичен заряд, различните изолатори го взимат с различна скорост.

Например, повечето видове каучук, и по-специално тефлон, улавят електроните много лесно и като такива са чудесни за демонстрации и технологични части, зависими от статичното електричество. Материалите се различават в зависимост от тяхната „електроотрицателност“, което основно означава техния афинитет към електроните или склонността им да ги извличат от други обекти.

Трибоелектричната серия подрежда различни материали в зависимост от способността им да приемат положителен или отрицателен статичен заряд. Елементите, поставени към върха на трибоелектричната серия, са склонни да вземат положителен заряд, докато тези отдолу са по-склонни да получат електрони и да вземат отрицателен заряд като a резултат. Колкото по-голямо е разделянето между два елемента от трибоелектричната поредица, толкова повече това триене заедно ще създаде статичен заряд и при двамата.

Докато повечето демонстрации на статично електричество са забавни дисплеи или незначителни любопитни факти, които вие среща в ежедневния живот, важно е да запомните, че нежеланият статичен заряд може да има сериозни последствия.

Например, една искра от статично електричество може да възпламени запалими течности или газове и потенциално да доведе до експлозия. Статичното натрупване от плъзгане по седалката на автомобила ви дори може потенциално да създаде проблем, когато се появи стига до зареждане на бензина и затова винаги трябва да докосвате металната част на автомобила, преди да напълните нагоре.

Разбира се,най-многонавремето статичното електричество наистина е просто интересен феномен, но разбирането за това как работи може да ви помогне да избегнете катастрофа в някои ситуации.