ბავშვების უმეტესობა სწავლობს ამის შესახებ ტრიბოელექტრული ეფექტი კარგად სანამ ისინი ტერმინს გაეცნობიან. თუ თქვენ ოდესმე მიუბრიალეთ ბუშტი თმაზე და შეესწროთ ამ ეფექტის ეფექტს სტატიკური ელექტროენერგია - თმის მიზიდვა ბუშტისკენ და პოტენციურად ძლიერი, რომ ბუშტი თავთან მიიკრათ - მაშინ გესმით ტრიბოელექტრული ეფექტის საფუძვლები.
ეს ძირითადად "კონტაქტური ელექტრიფიკაციის" ფორმაა, სადაც ელექტრო მუხტი, ელექტრონების სახით, მოძრაობს ერთი ობიექტიდან მეორეზე, რაც იწვევს ერთ ობიექტზე უარყოფითი მუხტის დაგროვებას და დეფიციტს სხვა რეზინის ბუშტი და ადამიანის თმა მხოლოდ ობიექტების ორი მაგალითია, რომლებიც აჩვენებს ამ საკმაოდ გავრცელებულ ფენომენს.
გაეცანით დეტალებს ტრიბოელექტრული ეფექტის შესახებ, როგორ მუშაობს ის, რა იწვევს მას და რისი გარკვევა შეგიძლიათ აქ triboelectric სერია დაგეხმარებათ იმის გაგებაში და პროგნოზირებაში, თუ რა მოხდება ელექტროენერგიის გადაცემასთან დაკავშირებულ სიტუაციებში მუხტი.
რა არის ტრიბოელექტრული ეფექტი?
ტრიბოელექტრული ეფექტი ადამიანებისთვის ცნობილია ძვ.წ. – ს მინიმუმ 600 წლიდან, როდესაც ბერძენი თალესი იყო ფილოსოფოსმა დაადგინა, რომ შეგიძლია ქარვა დაახეთქო და ის მიიზიდა ფუმფულა, ქაღალდი და სხვა პატარა, მსუბუქი ობიექტები. ტერგოელექტრული ეფექტი ბერძნულიდან მოდის "რუბლს" და "ქარვას", ამ შედეგის აღმოჩენის გამო. რა თქმა უნდა, დღეს მეცნიერებს ბევრად უკეთ აქვთ გააზრებული ტრიბოელექტრული ეფექტის მიზეზები და ზოგადად ელექტრო მუხტის ხასიათი.
ტრიბოელექტრულ ეფექტს ეწოდება კონტაქტის ელექტრიფიკაცია, რადგან ეს არის ობიექტების კონტაქტის დამყარების პროცესი - განსაკუთრებით თითოეული მათგანით ხახუნდება სხვა, მაგალითად, რეზინის ბუშტი ადამიანის თმის წინააღმდეგ ან თქვენი ფეხები ხალიჩის გასწვრივ, რაც იწვევს ზედაპირული მუხტის დაგროვებას, რაც ქმნის ეფექტი
ელექტრული მუხტი - ელექტრონების სახით, ატომების უარყოფითი მუხტის მატარებელი კომპონენტები - გადაფრქვევის პროცესში გადადის ერთი ობიექტიდან მეორეზე. მუხტის გადაცემა, რომელიც ხდება, ნიშნავს, რომ ერთი ობიექტი იძენს ელექტრონებს და ამით წმინდა უარყოფით მუხტს, ხოლო მეორე კარგავს ელექტრონებს და, შესაბამისად, მთავრდება წმინდა დადებითი მუხტით.
ელექტრონების ეს დაგროვება ტოვებს წმინდა მუხტს ორივე ობიექტზე და ამ მომენტიდან ისინი იქცევიან როგორც ორივე დამუხტული ობიექტები: ისევე როგორც მუხტები მოგერიდებათ ერთმანეთისგან და განსხვავებით მუხტებისგან (მაგ. ორი, რომლებიც გამოიყენება ეფექტის შესაქმნელად) მიიზიდავს მას სხვა რამდენად მოხდება ეს, დამოკიდებულია თავად მასალებზე და საბოლოოდ, თითოეული ობიექტის მთლიანი გადასახადების ჩამოსხმის შემდეგ.
ტრიბოელექტრული ეფექტის მიზეზები
საბოლოო ჯამში, ტრიბოელექტრონულობის ფენომენი გამოწვეულია ხახუნით: როდესაც ერთ მასალას ისვამენ კიდევ ერთი, ელექტრონები ეფექტურად "იშორებენ" ერთი ობიექტისგან, ხოლო მეორე მთავრდება ელექტროობის სიმრავლით მუხტი.
ამასთან, ფენომენის ჭეშმარიტად გასაგებად და რა იწვევს მას, საჭიროა იფიქროთ ატომების სტრუქტურაზე. პატარა, მჭიდროდ შეფუთული ბირთვი შეიცავს დადებითად დამუხტულ პროტონებსა და თავისუფალ ნეიტრონებს, ა მის გარშემო უარყოფითად დამუხტული ელექტრონების "ღრუბელი", რომელიც ჩვეულებრივ აბალანსებს პოზიტიურ მუხტს ბირთვი. ხახუნი იწვევს მუხტის გადაცემას, ერთი მასალისგან იღებს უარყოფითად დამუხტულ ელექტრონებს.
ხარისხს, რომლითაც მასალა ელექტრონებს მიიღებს სხვა მასალისგან, მას ეწოდება ელექტრონული მიჯაჭვულობა ან მუხტი. თუ ერთი მასალის ატომებს უფრო მაღალი ელექტრონული დამოკიდებულება აქვთ, ვიდრე სხვა მასალას, მაშინ ის მიდრეკილი იქნება აიღე ელექტრონები (და ამით ნეგატიურ მუხტს ქმნიან) სხვა მასალისგან (რომელსაც შემდეგ აქვს ელექტრონების დეფიციტი და ვითარდება წმინდა პოზიტიური მუხტი). ასევე რეზინის ბუშტი და ადამიანის თმა, ფეხები და ხალიჩა და ქარვა და ქსოვილი, ფენომენის კიდევ ერთი კლასიკური მაგალითია ტეფლონისა და კურდღლის ბეწვის საშუალებით.
მოკლედ რომ ვთქვათ, ტრიბო ელექტროენერგიის მასალების რაოდენობა განსხვავდება სხვადასხვა მასალისთვის, მათი სპეციფიკური ელექტრონის ან მუხტის შეფარდების შედეგად. სწორედ ამიტომ, მეცნიერებმა შექმნეს მასალების სია, რომლებიც განლაგებულია ელექტრონების მოპოვების ან დაკარგვის ტენდენციით, სახელწოდებით ტრიბოელექტრული სერია.
ტრიბოელექტრული სერია
ტრიბოელექტრული სერია არის ობიექტების ჩამონათვალი, რომლებიც განლაგებულია მათი პოზიტიური მიზიდულობით ან წმინდა უარყოფითი მუხტით, ერთმანეთთან კონტაქტისას.
ტრიბოელექტრული სერიის ზემოდან გადაღებული მასალები უფრო ხშირად ელექტრონებს დათმობს კონტაქტზე (და ვითარდება) წმინდა პოზიტიური მუხტი) და მასალები ფსკერისკენ უფრო მეტად მიიღებენ ელექტრონებს (და ასე უარყოფითად) მუხტი).
იდეალურ პირობებში - თუ ყველაფერი მშრალია - ტრიბოელექტრულ სერიაში მაღლა განთავსებული ობიექტები მიისწრაფვიან დანებება ელექტრონები სიაში ქვემოთ მოცემულ საგნებზე და ისინი დადებითად დამუხტული გახდებიან. რაც მეტი მანძილია ტრიბოელექტრული სერიის ორ განსხვავებულ მასალას შორის, მით მეტია ტრიბოელექტრული ეფექტი, როდესაც ისინი ერთმანეთზე ირეცხება.
ტრიბოელექტრული სერიის დიაგრამა
შეგიძლიათ იპოვოთ ტრიბოელექტრული სერიის დიაგრამის შესანიშნავი მაგალითი აქ, რომელიც ეფუძნებოდა ბილ ლის მიერ AlphaLab- ში ჩატარებულ ტესტებს. ამ ცხრილში მოცემულია დეტალები მასალების შემოწმების, აგრეთვე გაზომვების შეზღუდვების შესახებ.
მნიშვნელობები ცხრილში არის nC / J, რაც დგას ნანოკომბლები თითო ჯოულში, კულონი არის მუხტის სტანდარტული ერთეული, ხოლო ჯოულები არის ენერგიის ერთეული ხახუნთან დაკავშირებული. დადებითი ან უარყოფითი ნიშანი წარმოადგენს, შესაბამისად, დადებითი ან უარყოფითი მუხტების აღების ალბათობას.
მაგალითად, ლატექსის რეზინი იღებს 105 nC მუხტს თითო ჯოულ ენერგიაზე, რომელიც ჩადებულია რუბლის პროცესში და მინუს ნიშანი გეუბნებათ, რომ იგი იღებს წმინდა ნეგატიურ მუხტს. მეორეს მხრივ, მშრალ კანს აქვს +30 nC / J მნიშვნელობა, რაც ნიშნავს, რომ ის ელექტრონებს დაკარგავს, ასე რომ, ის მთავრდება დადებით მუხტით 30 nC / Joule ენერგიაზე, რომელიც შეხების პროცესში გადადის.
დაბოლოს, თქვენ გაითვალისწინებთ, რომ ჩამონათვალის სხვადასხვა მასალის უმეტესობა (მაგალითად, სილიკონის რეზინი და PVC) იზოლატორია, ამიტომ მათ არ შეუძლიათ ელექტროენერგიის მიტანა ნორმალურ სიტუაციებში. ეს მნიშვნელოვანი შეხსენებაა იმისა, რომ ტრიბოელექტროენერგია მუშაობს სხვანაირად, ვიდრე ჩვეულებრივი ელექტროენერგია და საერთოდ, იზოლატორები უკეთესი ვიდრე ამ ტიპის სტატიკური მუხტის გამტარებს გამტარები.
ვან დე გრააფის გენერატორები
Van de Graaff გენერატორები ცნობილი მოწყობილობაა, რომელიც იყენებს ტრიბოელექტრულ ეფექტს აწარმოოს დაგროვება ან მუხტი, რომელიც შეგიძლიათ გაზომოთ, როგორც პოტენციური განსხვავება, ა ვოლტმეტრი
ვან დე გრააფის გენერატორების უმეტესობაში, რეზინის ღვედი ეწებება მეტალის "სავარცხელს" ბოლოში, რომელიც ელექტრონიდან გამოჰყავს ღვედიდან და ტოვებს მას წმინდა დადებითი მუხტით. ამის შემდეგ მას აიღებს შესატყვისი სავარცხელი ზედა ნაწილში, რომ მუხტი გავრცელდეს გენერატორის ზედა ნაწილში მეტალის გუმბათზე.
რა თქმა უნდა, ელექტრონები მობილური მუხტის მატარებლები არიან, ამიტომ ქამარი კარგავს ელექტრონებს ბოლოში და შემდეგ იღებს ელექტრონები სავარცხლიდან და გუმბათიდან ზედა ნაწილში, რის გამოც მათ ელექტრონების დეფიციტი და ა.შ. მუხტი.
ამ პროცესის მიერ შექმნილი მასიური პოტენციური განსხვავება შეიძლება აღემატებოდეს 100,000 ვოლტს და ხშირად გამოიყენება კლასიკურ საკლასო ეკრანში, სადაც გენერატორთან კონტაქტში მყოფი ადამიანი თმას დგამს დასასრული. ეს იმიტომ ხდება, რომ თმის ღერები ყველა შესაბამისობაში (დადებით) მუხტს იღებს და, შესაბამისად, იწყებს ერთმანეთის მოგერიებას.