ელექტრული მუხტი ირგვლივ არის, მაგრამ თქვენ მას ნამდვილად იშვიათ შემთხვევებში ამჩნევთ, მაგალითად, როდესაც თმა გიდგათ იხსნით ქუდს ან მიიღებთ მკვეთრ ზალპს, როდესაც ხელს მიწვდებით, რომ ხელით შეეხოთ რაღაცას ფეხების გასწვრივ გასწვრივ ხალიჩა
ეს ორი ფენომენი ამის მაგალითებიასტატიკური ელექტროენერგია, რის შესახებაც ალბათ შეიტყვეთ ბავშვობაში. მაგრამ როგორ ახდენს სტატიკური მუხტი თქვენს თმას და რატომ შეუძლია სტატიკური შოკის გამოწვევა?
რა ხდება სინამდვილეში ატომურ დონეზე, რომელიც წარმოშობს ამ უნივერსალურ გამოცდილებას? სტატიკური ელექტროენერგიის შესახებ დეტალების გაცნობა გაცილებით დეტალურ შეხედულებას გიქმნით მატერიის ამ მომხიბლავი თვისების შესახებ.
ელექტრო დატენვის საფუძვლები
ელექტრო მუხტი არის მატერიის ფუნდამენტური თვისება. იგი გამოყოფილია დადებით მუხტად და უარყოფით მუხტად, თუმცა ზოგიერთი ნაწილაკია ელექტრონულად ნეიტრალური - მაგალითად ნეიტრონი - სინამდვილეში ეს კიდევ უფრო ფუნდამენტურია ნაწილაკები, რომლებიცკეთებაელექტრული მუხტის ტარება.
ორი ყველაზე მნიშვნელოვანი დამუხტული ნაწილაკი, რომლის შესახებაც უნდა იცოდეთ, როდესაც შეიტყობთ სტატიკური ელექტროენერგიის შესახებ, ატომის ორი ძირითადი კომპონენტია: პროტონები და ელექტრონები.
პროტონები დადებითად არიან დამუხტული, მუხტით +ე, ხოლო ელექტრონები უარყოფითად არიან დამუხტული -ესადე = 1.602 × 10−19 გ. აქ C დგასკულონები, რომელიც არის SI ერთეული ელექტრული მუხტისთვის. 10−19 გეუბნებათ, რომ დამუხტულ ნაწილაკებს აქვთძალიან პატარადატენვის მნიშვნელობები ერთ კულონთან შედარებით - მხოლოდ 1 C- ის ორი მუხტი მრიცხველისგან გამოყოფილი წარმოქმნის ძალას, ვიდრე Saturn V რაკეტის გაშვების thrust!
ელექტრული მუხტის მუშაობის ფუნდამენტური წესია, რომ საპირისპირო მუხტები იზიდავს და მოსწონს მუხტების მოგერიება. ასე რომ, თუ ელექტრონი სხვა ელექტრონს მიუახლოვდით, ისინი თავს დაშორდებოდნენ, ხოლო თუ ელექტრონი პროტონს მიუახლოვდით, ის მას მიიზიდავს.
სტატიკური ელექტროენერგიის განმარტება
ყველაზე ძირითად დონეზე, სტატიკური ელექტროენერგია უბრალოდ გულისხმობს იმ მუხტებს, რომლებიც არ მოძრაობს. ამასთან, ამაში ბევრად მეტი რამ არის! სტატიკური ელექტროენერგიის შესახებ მთავარი ის არის, რომ ეს ხდება მაშინ, როდესაც ხდება მუხტის დისბალანსი და ეს დისბალანსი არსებითად ქმნისელექტრული პოტენციალი, რაც იმას ნიშნავს, რომ არსებობს ელექტრული დენის შემოდინების პოტენციალი (მუხტის გადაბალანსება), მუხტის მატარებელი ნაწილაკების პოზიციების გამო.
ატომებში და, შესაბამისად, ყოველდღიური საგნების უმეტესობაში, არსებობს ბალანსი დადებითსა და ნეგატიურს შორის მუხტები (ანუ პროტონებსა და ელექტრონებს შორის), ამიტომ ისინი ყველა ნეიტრალურია ელექტრონულად ერთად.
ასე რომ, თუ ერთი ატომი სხვას მიუახლოვდით, მათ შორის ელექტრული ძალა არ იქნებოდა, რადგან ყველა დადებითი მუხტები გაწონასწორებულია უარყოფითი მუხტებით, ამიტომ არ არსებობს წმინდა მუხტის წარმოქმნა a ძალა.
მიუხედავად იმისა, რომ ეს მართლაც ცოტათი უფრო რთულია ვიდრე ეს (იმიტომ, რომ ელექტრონები ყოველთვის მოძრაობენ, ამიტომ ისინი არ მოძრაობენყოველთვისპროტონებიდან დადებით მუხტს დაბლოკავს), ეს ნეიტრალური სიტუაცია ქმნის მკაფიო კონტრასტს იმისგან, რაც ხდება, როდესაც ხდება სტატიკური მუხტის დაგროვება.
სინამდვილეში, როდესაც ობიექტი (მაგალითად, თმა აეროსტატის წვეთის შემდეგ) მიიღებს ჭარბი ან მუხტის დეფიციტს (ასე უფრო მეტი ან უფრო ნაკლები ელექტრონი, ვიდრე ჩვეულებრივ მდგომარეობაში), მაშინ ის აღარ არის ნეიტრალური და შეუძლია წარმოქმნას ის, რასაც თქვენ სტატიკას უწოდებთ ელექტროობა. ამის საპირისპიროდ, ჩვეულებრივი ელექტროენერგია არისუწყვეტი მოძრაობამუხტი (ელექტრონულ რეჟიმში ელექტრონულ რეჟიმში), ხოლო სტატიკური ელექტროობა არ გულისხმობს მოძრაობასმანამდებრალდებები ერთმანეთს აბალანსებს - და შესაძლოა პროცესში მკვეთრი ზაქრა მოგცეთ!
როგორ მუშაობს სტატიკური ელექტროენერგია
სტატიკური ელექტროენერგია ფუნდამენტურად დამოკიდებულია დადებით მუხტებზე და უარყოფით მუხტებზე დისბალანსზე, მაგრამ სინამდვილეში მხოლოდ ელექტრონები მოძრაობენ ამ დისბალანსის შესაქმნელად.
ატომში, პროტონები მჭიდროდ არიან შეკრული ბირთვში (ნეიტრონებთან ერთად) და ეს ორივე მნიშვნელოვნად მძიმეა ვიდრე უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები, რომლებიც "ღრუბელში" რჩებიან გარეთა გარედან ბირთვი.
იმის გამო, რომ ეს მსუბუქია ნაწილაკები გარედან არის, როდესაც ერთი ობიექტი კონტაქტს უწევს სხვას ელექტრონები, რომლებსაც მათ შორის გადაადგილება შეუძლიათ და მათი ერთმანეთზე დაჭერა ზრდის მუხტის სიჩქარეს აშენება. ასე რომ, თუ ობიექტი იღებს დამატებით ელექტრონებს, ის ხდება უარყოფითად დამუხტული, ხოლო თუ ელექტრონებს კარგავს ხდება დადებითად დამუხტული.
საიზოლაციო მასალები კარგად იკავებს სტატიკურ მუხტს, ხოლო კარგი კონდუქტორი მხოლოდ გარკვეულ სიტუაციებში ინარჩუნებს სტატიკურ მუხტს. დამატებით ელექტრონებს მოცემულ კონდუქტორს არ გააჩნია სტატიკური მუხტი, რადგან ელექტრონებს თავისუფლად შეუძლიათ დინების მიტანა მთელ მასალაში (ეს არის კარგი გამტარის განმარტება).
ასე რომ, ნებისმიერი მუხტის დაგროვება ძალიან სწრაფად იშლება, რათა შეიქმნას შესამჩნევი სტატიკური ელექტროენერგია და მას შეუძლია გადავიდეს სხვა ობიექტებში, თუ ის მთლიანად იზოლირებული არ არის დანარჩენი გარემოსგან. იმის გამო, რომ მიმდინარეობა ვერ ჩაედინება იზოლატორში, სტატიკური დაგროვება სწრაფად ქმნის მნიშვნელოვან მუხტის დისბალანსს და ამით წარმოქმნის სტატიკურ ელექტროენერგიას.
რადგან მუხტის მსგავსად მოგერიება, და საპირისპირო მუხტი იზიდავს, როდესაც რაღაცას სტატიკური მუხტი აქვს, ის შეეწინააღმდეგება საწინააღმდეგოდ დამუხტულ ნივთებს და ზოგჯერ შეიძლებაპოლარიზაციაატომები სხვაგვარად ნეიტრალურ ობიექტში და მასაც მიეკვრებიან - ბუშტის კედელზე მიჯაჭვულობის შემდეგ.
თუ მუხტის დაგროვება საკმარისად დიდია და შედარებით მაღალი ძაბვა მიიღწევა ორ ზედაპირს ან ობიექტს შორის, მუხტი შეიძლება გადახტომა ერთი ობიექტიდან მეორეზე. ამიტომაც შეგიძლიათ მიიღოთ სტატიკური შოკი, თუ ფეხს იატაკზე გადააჭარბებთ და კარის ღილაკს შეეხებით.
სტატიკური ელექტროენერგიის მაგალითები
სტატიკური ელექტროენერგიის უამრავი მაგალითი არსებობს, რომელსაც ყოველდღიურ ცხოვრებაში შეხვდებით, მაშინაც კი, თუ სულაც არ ფიქრობთ როტზე, რომელსაც თამაშობს სტატიკური მუხტი მათ მუშაობაში.
განსაკუთრებით გავრცელებული მაგალითია სტატიკური მიჯაჭვულობა ტანსაცმელში, განსაკუთრებით საშრობის გამოყენების შემდეგ, რომელიც იდეალურ პირობებს ინარჩუნებს სტატიკური ელექტროენერგია უნდა განვითარდეს, და ასევე მოიცავს ტანსაცმლის ერთმანეთზე წვერს და პოტენციურად ელექტრონების დამატებით აღებას გზა ამ გზით დამუხტული ტანსაცმლის სტატიკური შოკი საკმაოდ მცირეა, მაგრამ ნამდვილად შეამჩნევთ მას, როცა მიიღებთ!
ასლგადამღები არის შესანიშნავი მაგალითი იმისა, თუ როგორ შეიძლება სტატიკური ელექტროენერგიის კარგი გამოყენება. ნათელი შუქი, რომელიც დაასკანირებს დოკუმენტს, ქმნის სურათის ელექტრულ "ჩრდილს" ფოტოგამტარზე (ე.ი. სინათლისადმი მგრძნობიარე) ქამარი, და როდესაც ღვედი ბრუნავს, ის იღებს უარყოფითად დამუხტულ ტონერის ნაწილაკებს სტატიკური გამო მუხტი.
ამის ქვეშ, სხვა სარტყელს შემოაქვს ფურცელი, რაც მას პროცესში ძლიერ დადებით სტატიკურ მუხტს აძლევს. როდესაც ტონერის უარყოფითი მუხტები შეესაბამება დადებით მუხტებს ქაღალდზე, ტონერი იბეჭდება თავად ქაღალდის ნაჭერზე, იმავე ნიმუშით, როგორც ფოტოგამტარმა აიღო ჩრდილი ქამარი.
კიდევ ერთმა მაგალითმა უნდა დაგიბრუნოთ ფიზიკის გაკვეთილზე სკოლაში: ვან დე გრააფის გენერატორი და კლასიკური დემონსტრაცია, სადაც სფეროს ვინმეს ეხება, თმა გაშლილი აქვს. გენერატორი მუშაობს სტატიკური ელექტრული მუხტების გადაადგილების საფუძველზე, მოძრავი სარტყელი აგრძელებს მოწყობილობის სიგრძეს და ორი მეტალის "სავარცხელი" სტატიკური მუხტის გასაკონტროლებლად.
დადებითად დამუხტული სავარცხელი ბოლოში (უკავშირდება ელექტროენერგიის მიწოდებას) ელექტრონებს ღებულობს სარტყლიდან, ტოვებს მას წმინდა დადებითი მუხტით, და ამ მუხტს აიყვანს სავარცხელი ზედა ნაწილში, რომელიც ავრცელებს მას დიდ გუმბათზე ზედა თუ დატენვის პროცესში გუმბათს შეეხებით, თქვენი თმის ცალკეული ძაფები იღებენ შესატყვის მუხტებს და ერთმანეთს მოგერიდებათ, რის შედეგადაც იგი ბოლომდე დგება!
ბენჯამინ ფრანკლინის Kite ექსპერიმენტი
ელვისებური ხაზები სტატიკური ელექტროენერგიის ძალზე დრამატული დემონსტრირებაა და ამას ბენჯამინ ფრანკლინმაც დაადასტურა ყველა დროის ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი სამეცნიერო დემონსტრაცია ჭექა-ქუხილის დროს სველი კაკლის სიმზე გასაღების მიბმით.
მიუხედავად იმისა, რომ ეს მითია, რომ კაბიტს ნამდვილად დაარტყა ელვისებური ჭანჭიკი (ამან ალბათ მოკლა ფრანკლინი), ელექტრო ველი ქარიშხალი აიტაცა სიმამ, რამაც - ვან დე გრააფის კლასიკური გენერატორის დემონსტრაციის მსგავსად - ძაფის ბოჭკოები წამოაყენა დასასრული. დაბოლოს, ფრანკლინი შეეხო გასაღებს და იგრძნო სტატიკური დარტყმა, რამაც ნათლად წარმოაჩინა კავშირი ელექტროენერგიასა და ელვას შორის.
რა თქმა უნდა, მეცნიერებმა ბენჟამინ ფრანკლინის დროიდან მოყოლებული, მრავალი სხვა დეტალი შეავსეს ამ პროცესის შესახებ. ჰგავს საშრობში ტანსაცმელს ერთმანეთზე მიბმულ ფენას ან ბურთის ბუშტს, თმის სტატიკას ეს ქმნის ელვას ხახუნისგან და ცივი ჰაერის ყინულის კრისტალებისგან, რომლებიც თბილ ჰაერში წყლის წვეთებს ხვდებიან მასა
დატვირთვა გროვდება ღრუბელში სხვადასხვა ადგილას და როდესაც საკმარისად მაღალი განსხვავებაა ელექტრული პოტენციალი ამ ადგილებს შორის (ანუ საკმარისად მაღალი ძაბვა), იგი გამოიყოფა ა ელვისებური ხრახნი. ეს ჩვეულებრივ ხდებაფარგლებშიღრუბლებს ან ორ ღრუბელს შორის, მაგრამ ზოგჯერ ბოლტი დაეცემა მიწას.
ტრიბოელექტრული სერია
სტატიკური მუხტის დაგროვებას, რომელიც გამოწვეულია ხახუნით და ხახუნებით, ტექნიკურად ეწოდება ტრიბოელექტრული ეფექტი და ამ სტატიის საფუძველზე უკვე იცით დეტალები თუ რა იწვევს ამას და როგორ მუშაობს. ერთმანეთთან კონტაქტის ობიექტები იწვევს ერთ მათგანს დამატებითი ელექტრონების აღებას (ყველა უარყოფითი მუხტების ტარებისას) და სხვა ელექტრონების დეფიციტის განვითარებას და, შესაბამისად, დადებით ბადეს მუხტი.
ამასთან, ხარისხი, რომლის დროსაც სხვადასხვა მასალები იძენენ უარყოფით მუხტს ან კარგავენ ელექტრონებს და იძენენ დადებით მუხტს, განსხვავდება მასალის მახასიათებლების გათვალისწინებით. მიუხედავად იმისა, რომ იზოლატორები უკეთესია სტატიკური მუხტის აღებისას, სხვადასხვა იზოლატორები მას სხვადასხვა ტარიფით იღებენ.
მაგალითად, რეზინის უმეტეს ტიპებს, კერძოდ კი ტეფლონს, ელექტრონები ძალიან მარტივად ეკიდება და, როგორც ეს, შესანიშნავია სტატიკურ ელექტროენერგიაზე დამოკიდებული დემონსტრირებისა და ტექნოლოგიის ნაჭრებისთვის. მასალები განსხვავდება მათი "ელექტრონეგატივიდან" გამომდინარე, რაც ძირითადად გულისხმობს მათ ელექტრონულ დამოკიდებულებას ან სხვა ობიექტებისგან მათი მოპოვების ტენდენციას.
ტრიბოელექტრული სერია აწესრიგებს სხვადასხვა მასალებს, მათი დადებითი ან უარყოფითი სტატიკური მუხტის მიღების შესაძლებლობის საფუძველზე. საგნები, რომლებიც განთავსებულია ტრიბოელექტრული სერიისკენ, მიდრეკილია დადებითი მუხტის აღებისკენ, ხოლო ქვედა ნაწილში მყოფი ადამიანები უფრო მეტ ელექტრონს მოიპოვებენ და უარყოფით მუხტს მიიღებენ შედეგი რაც უფრო დიდია ტრიბოელექტრული სერიის ორ ნივთს შორის განცალკევება, მით უფრო მეტია, რომ მათი ერთმანეთზე შეხმიანება შექმნის სტატიკურ მუხტს ორივეში.
სტატიკური ელექტროენერგიის საფრთხეები
მიუხედავად იმისა, რომ სტატიკური ელექტროენერგიის დემონსტრაციების უმეტესობა თქვენთვის საინტერესო გართობაა ან მცირე ცნობისმოყვარეობაა ყოველდღიურ ცხოვრებაში ნაცნობობა, მნიშვნელოვანია გვახსოვდეს, რომ არასასურველი სტატიკური მუხტი შეიძლება სერიოზული იყოს შედეგები.
მაგალითად, სტატიკური ელექტროენერგიის ერთმა ნაპერწკალმა შეიძლება აანთოს სითხეები ან გაზები და გამოიწვიოს აფეთქება. თქვენი მანქანის სავარძელზე გადაფურცვლის სტატიკური დაგროვება შეიძლება მაშინაც კი შექმნას პრობლემას, როდესაც ის საქმე ეხება თქვენი გაზის შევსებას და შევსებამდე ყოველთვის უნდა შეეხოთ მანქანის მეტალის ნაწილს მაღლა
Რა თქმა უნდა,ყველაზე მეტადამ დროისთვის სტატიკური ელექტროენერგია უბრალოდ საინტერესო მოვლენაა, მაგრამ იმის გაგება, თუ როგორ მუშაობს ის დაგეხმარებათ, თავიდან აიცილოთ კატასტროფა ზოგიერთ სიტუაციაში.