대부분의 아이들은 마찰 전기 효과 그들이 용어에 익숙해지기 훨씬 전에. 머리카락에 풍선을 문지르고 그 효과를 목격했다면 정전기 – 머리카락을 풍선쪽으로 당기고 풍선을 머리에 붙일 수있을만큼 강해지면 마찰 전기 효과의 기본을 이해하게됩니다.
그것은 기본적으로 전자 형태의 전하가 움직이는 "접촉 대전"의 한 형태입니다. 한 물체에서 다른 물체로 이동하면 한 물체에 음전하가 축적되고 물체에 적자가 발생합니다. 다른. 고무 풍선과 사람의 머리카락은 이처럼 흔한 현상을 보여주는 물체의 두 가지 예일뿐입니다.
마찰 전기 효과에 대한 자세한 내용, 작동 방식, 원인 및 마찰 전기 시리즈는 전기 전달과 관련된 상황에서 일어날 일을 이해하고 예측하는 데 도움이됩니다. 요금.
마찰 전기 효과는 무엇입니까?
마찰 전기 효과는 적어도 기원전 600 년부터 그리스인 탈레스가 철학자는 호박을 문질러 보풀, 종이 및 기타 작고 가벼운 사물. 마찰 전기 효과라는 용어는 그리스어에서 "문지르 기"와 "호박색"이라는 뜻으로 그 효과를 발견 한이 역사 때문에 유래했습니다. 물론 오늘날 과학자들은 마찰 전기 효과의 원인과 일반적으로 전하의 특성에 대해 훨씬 더 잘 이해하고 있습니다.
마찰 전기 효과는 물체가 접촉하는 과정이기 때문에 접촉 대전이라고합니다. 다른 사람의 머리카락에 고무 풍선이나 카펫을 가로 지르는 발과 같이 표면 전하가 축적되어 효과.
전자의 형태로, 원자의 음전하를 운반하는 구성 요소 인 전하는 마찰 과정에서 한 물체에서 다른 물체로 전달됩니다. 발생하는 전하 전달은 한 물체가 전자를 얻고 이에 따라 순 음전하를 얻는 반면 다른 물체는 전자를 잃어 순 양전하로 끝남을 의미합니다.
이러한 전자 축적은 두 물체 모두에 순 전하를 남기고, 이 시점부터는 전하를 띤 두 물체처럼 행동합니다 물체: 같은 충전은 서로를 밀어 내고, 다른 충전 (효과를 만드는 데 사용 된 두 가지)은 하나를 끌어 당깁니다. 다른. 이것이 발생하는 정도는 재료 자체와 궁극적으로 마찰이 발생한 후 각 물체의 총 전하에 따라 다릅니다.
마찰 전기 효과의 원인
결국 마찰 전기 현상은 마찰에 의해 발생합니다. 다른 하나는 전자가 한 물체에서 효과적으로 "벗겨지고"다른 물체는 풍부한 전기로 끝납니다. 요금.
그러나 현상과 그 원인을 진정으로 이해하려면 원자의 구조에 대해 생각할 필요가 있습니다. 작고 조밀하게 채워진 핵은 양전하를 띤 양성자와 전하가없는 중성자를 포함합니다. 주변에 음전하를 띤 전자의“구름”, 일반적으로 핵. 마찰은 전하 이동으로 이어져 하나의 물질에서 음전하를 띤 전자의 일부를 취합니다.
물질이 다른 물질에서 전자를 가져 오는 정도를 전자 친화력 또는 충전 친 화성. 한 물질의 원자가 다른 물질보다 전자 친화력이 더 높으면 취하다 다른 물질로부터 전자 (그러므로 음전하를 생성) (그러면 전자가 부족하여 순 양전하가 발생 함). 고무 풍선과 사람의 머리카락, 발, 카펫, 호박색, 천뿐만 아니라이 현상의 또 다른 고전적인 예는 테프론과 토끼 털로 제공됩니다.
요컨대, 마찰 전기 물질의 디스플레이 양은 특정 전자 또는 전하 친화력으로 인해 물질마다 다릅니다. 이것이 과학자들이 마찰 전기 시리즈라고하는 전자를 얻거나 잃는 경향에 따라 등급이 매겨진 재료 목록을 만든 이유입니다.
마찰 전기 시리즈
마찰 전기 시리즈는 서로 접촉 할 때 순 양전하 또는 순 음전하를 획득하는 성향에 따라 등급이 매겨진 물체 목록입니다.
마찰 전기 시리즈의 상단에있는 물질은 접촉시 전자를 포기할 가능성이 더 높습니다. 순 양전하), 바닥 쪽의 물질은 전자를 얻을 가능성이 더 높습니다 (따라서 음의 요금).
이상적인 조건에서 – 모든 것이 건조한 경우 – 마찰 전기 시리즈에서 더 높은 곳에 배치 된 물체는 포기하다 목록에서 더 아래 항목으로 전자를 보내면 양전하가됩니다. 마찰 전기 시리즈에서 서로 다른 두 재료 사이의 거리가 멀수록 함께 문지르면 마찰 전기 효과가 커집니다.
마찰 전기 시리즈 차트
마찰 전기 시리즈 차트의 좋은 예를 찾을 수 있습니다. 여기, 이는 AlphaLab, inc.의 Bill Lee가 수행 한 테스트를 기반으로합니다. 이 표는 재료 테스트 방법과 측정 한계에 대한 세부 정보를 제공합니다.
표의 값은 nC / J로, 이는 줄당 나노 쿨롱을 의미하며, 쿨롱은 표준 전하 단위이고 줄은 마찰과 관련된 에너지의 단위입니다. 양수 또는 음수 기호는 각각 양전하 또는 음전하를받을 가능성을 나타냅니다.
예를 들어 라텍스 고무는 마찰 과정에 투자 된 에너지 줄당 105nC의 전하를 흡수하고 마이너스 기호는 순 음전하를 선택한다는 것을 알려줍니다. 반면 건성 피부는 +30 nC / J의 값을 가지므로 전자를 잃게되므로 문지르는 과정에 들어가는 에너지 줄당 30nC의 양전하를 띠게됩니다.
마지막으로 목록에있는 대부분의 다른 재료 (예: 실리콘 고무 및 PVC)는 절연체이므로 정상적인 상황에서는 전류를 전달할 수 없습니다. 이것은 마찰 전기가 일반 전기와 완전히 다르게 작동하며 일반적으로 절연체는 ...보다 나은 이 유형의 정전기를 유지하는 도체보다.
Van De Graaff 발전기
Van de Graaff 발전기는 마찰 전기 효과를 사용하는 잘 알려진 장비입니다. 다음을 사용하여 전위차로 측정 할 수있는 축적 또는 전하 저장 전압계.
대부분의 Van de Graaff 발전기에서 고무 벨트는 바닥에있는 금속 "빗"에 문질러 벨트에서 전자를 끌어와 순 양전하를 남깁니다. 그런 다음 상단의 일치하는 빗으로 집어 올려 발전기 상단의 금속 돔으로 전하를 분산시킵니다.
물론 전자는 이동 전하 운반자이므로 벨트는 바닥에서 전자를 잃은 다음 상단에있는 빗과 돔에서 전자가 방출되어 전자가 부족하여 순 양수 요금.
이 과정에서 발생하는 엄청난 전위차는 100,000 볼트를 초과 할 수 있으며 자주 사용됩니다. 발전기와 접촉하는 누군가가 머리를 세우고있는 고전적인 교실 디스플레이에서 종료. 이것은 머리카락이 모두 일치하는 (양수) 전하를 얻고 서로를 격퇴하기 시작하기 때문입니다.