정전기: 정의, 작동 방식, 사실 (예제 포함)

전하가 당신 주위에 도처에 있지만, 머리카락이 끝날 때처럼 드물게 만 눈에 띈다. 모자를 벗거나 발을 문지른 후 손을 뻗어 무언가를 만졌을 때 양탄자.

이 두 가지 현상은정전기, 아마도 어렸을 때 배웠을 것입니다. 그러나 정전기는 어떻게 머리카락을 끝까지 세우고 왜 정전기 충격을 줄 수 있습니까?

이러한 보편적 경험을 만들어내는 원자 수준에서 실제로 무슨 일이 일어나고 있습니까? 정전기에 대한 세부 사항을 배우면이 매혹적인 물질의 속성에 대해 훨씬 더 자세한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

전하는 물질의 기본 속성입니다. 양전하와 음전하로 분리되며 일부 입자는 중성자와 같이 전기적으로 중성 인 이들은 실제로 훨씬 더 근본적인 입자하다전하를 운반하십시오.

정전기에 대해 배울 때 알아야 할 가장 중요한 두 가지 하전 입자는 원자의 두 가지 주요 구성 요소 인 양성자와 전자입니다.

양성자는 양전하를 띠며 +이자형, 전자는 음전하를 띠는 반면 –이자형, 어디이자형​ = 1.602 × 10⁻¹⁹ 씨. 여기서 C는쿨롱, 이는 전하의 SI 단위입니다. 10⁻¹⁹ 하전 입자가매우 작은1 개의 쿨롱과 비교되는 충전 값 – 1 미터로 분리 된 1C의 2 개의 충전은 Saturn V 로켓의 발사 추력보다 더 큰 힘을 생성합니다!

전하가 작동하는 방식에 대한 기본 규칙은 반대 전하가 끌어 당기고 같은 전하를 밀어내는 것입니다. 따라서 전자를 다른 전자 근처로 가져 오면 서로 밀려 나고, 전자를 양성자 근처로 가져 오면 끌립니다.

가장 기본적인 수준에서 정전기는 단순히 움직이지 않는 전하를 의미합니다. 그러나 그것보다 훨씬 더 많은 것이 있습니다! 정전기의 핵심은 전하 불균형이있을 때 발생한다는 것입니다.이 불균형은 본질적으로전위즉, 전하를 운반하는 입자의 위치로 인해 전류가 흐를 가능성이 있습니다 (전하를 재조정하기 위해).

원자, 그리고 더 나아가 대부분의 일상적인 물체에는 양수와 음수 사이에 균형이 있습니다. 전하 (즉, 양성자와 전자 사이)이므로 모두 고려할 때 전기적으로 중성입니다. 함께.

따라서 하나의 원자를 다른 원자에 가깝게 가져 오면 원자 사이에 전기력이 없습니다. 양전하 중 음전하가 균형을 이루므로 순 전하를 생성 할 수 없습니다. 힘.

이것은 이보다 약간 더 복잡하지만 (전자는 항상 움직이기 때문에항상양성자에서 양전하를 차단)이 중립 상황은 정전기가 축적 될 때 일어나는 일과 뚜렷한 대조를 이룹니다.

본질적으로, 물체 (풍선을 문지른 후 머리카락과 같은)가 과도하거나 전하가 부족할 때 (더 많은 또는 일반 상태보다 적은 전자), 그러면 더 이상 중립이 아니며 정적이라고 부르는 것을 생성 할 수 있습니다. 전기. 반대로 일반 전기는지속적인 움직임전하 (전류의 전자 형태), 정전기는 움직임을 포함하지 않음...까지전하가 서로 재조정됩니다 – 그리고 그 과정에서 당신에게 급격한 충격을 줄 수 있습니다!

정전기는 근본적으로 양전하와 음전하 사이의 불균형에 의존하지만 실제로는 이러한 불균형을 생성하기 위해 실제로 이동하는 것은 전자뿐입니다.

원자에서 양성자는 중성자와 함께 핵에 단단히 결합되어 있으며, 이 두 가지는 모두 외부 주변의 "구름"에 머무르는 음으로 하전 된 전자보다 상당히 무겁습니다. 핵.

이 가벼운 입자는 외부에 있기 때문에 한 오브젝트가 다른 오브젝트와 접촉하면 그들 사이를 이동할 수있는 전자를 서로 문지르면 전하 속도가 증가합니다. 축적. 따라서 물체가 여분의 전자를 포착하면 음전하를 띠고 전자를 잃으면 양전하가됩니다.

절연 재료는 정전기를 잘 유지하는 반면 좋은 도체는 특정 상황에서만 정전기를 유지합니다. 여분의 전자가 주어진 전도체는 전자가 물질 전체 (양호한 전도체의 정의) 전체에서 자유롭게 흐를 수 있기 때문에 정전기를 유지하지 않습니다.

따라서 축적 된 전하는 너무 빨리 소멸되어 눈에 띄는 정전기를 생성 할 수 없으며, 나머지 환경과 완전히 절연되지 않는 한 다른 물체로 이동할 수 있습니다. 전류가 절연체에 흐를 수 없기 때문에 정전기 축적은 빠르게 눈에 띄는 전하 불균형을 생성하여 정전기를 생성합니다.

전하가 반발하고 반대 전하가 끌어 당기기 때문에 정전기가있는 물체는 반대로 대전 된 품목에 달라 붙고 때로는양극화하다다른 중립적 인 물체에 원자를 넣어서 붙입니다. 풍선을 머리에 문지른 후 벽에 붙는 방식입니다.

전하 축적이 충분히 크고 두 표면 또는 물체 사이에 상대적으로 높은 전압이 발생하면 전하가 한 물체에서 다른 물체로 점프 할 수 있습니다. 그렇기 때문에 발을 바닥에 문질러 문 손잡이를 만지면 정전기 충격으로 인해 충격을받을 수 있습니다.

정전기가 작동에 미치는 역할에 대해 반드시 생각하지 않아도 일상 생활에서 접하게되는 정전기의 예가 많이 있습니다.

특히 일반적인 예 중 하나는 특히 건조기를 사용한 후 옷에 정전기가 붙는 것입니다. 정전기가 발생하고 옷이 서로 문지르고 잠재적으로 여분의 전자를 방법. 이런 식으로 충전 된 옷의 정전기 충격은 아주 작은 경향이 있지만, 당신은 그것을 얻을 때 확실히 그것을 확실히 알 수 있습니다!

복사기는 정전기를 잘 활용하는 방법을 보여주는 좋은 예입니다. 문서를 스캔하는 밝은 빛은 포토 컨덕 티브에 이미지의 전기적 "그림자"를 만듭니다 (예: 감광성) 벨트, 벨트가 회전 할 때 정전기로 인해 음전하 토너 입자를 픽업합니다. 요금.

그 아래에 다른 벨트가 종이 한 장을 가져와 공정에서 강한 양의 정전기를 발생시킵니다. 토너의 음전하가 용지의 양전하와 만나면 토너가 광 전도체에 의해 포착 된 그림자와 같은 패턴으로 종이 위에 벨트.

또 다른 예는 학교의 물리학 수업으로 돌아 가야합니다. Van de Graaff 생성기와 구를 만지는 사람이 머리카락을 끝까지 세우는 고전적인 데모입니다. 발전기는 정전기의 움직임을 기반으로 작동하며, 장치의 길이에 따라 움직이는 벨트와 정전기를 제어하는 ​​두 개의 금속“빗”을 사용합니다.

바닥에있는 양전하 된 빗 (전기 공급 장치에 연결됨)이 벨트에서 전자를 끌어 와서 순 양전하로, 이 전하는 상단에있는 빗에 의해 집어지고, 이 전하가 큰 돔으로 퍼집니다. 상단. 충전 과정에서 돔을 터치하면 머리카락 한 가닥이 일치하는 전하를 집어 서로 밀어내어 끝이납니다!

번개 볼트는 정전기의 힘을 매우 극적으로 보여줍니다. 벤자민 프랭클린은 이것을 뇌우 동안 젖은 연줄에 열쇠를 묶어 가장 잘 알려진 과학적 시연 중 하나입니다.

연이 실제로 번개에 맞았다는 것은 신화이지만 (프랭클린을 죽였을 가능성이 있음) 전형적인 Van de Graaff 발전기 시연과 매우 흡사 한 스트링에 의해 폭풍이 포착되어 꼬기의 가닥이 세워졌습니다. 종료. 마지막으로 프랭클린은 열쇠를 만졌고 정전기의 충격을 느꼈고 전기와 번개 사이의 연결을 분명히 보여주었습니다.

물론 과학자들은 벤자민 프랭클린 시대 이후로이 과정에 대한 더 많은 세부 사항을 작성했습니다. 건조기에서 옷이 서로 문지르거나 풍선이 머리카락에 문지르는 것처럼 정전기는 번개를 생성하는 것은 마찰과 차가운 공기의 얼음 결정이 따뜻한 공기의 물방울과 만나 질량.

충전은 클라우드의 다른 위치에 축적되고 이 장소 사이의 전위 (즉, 충분히 높은 전압)는 다음과 같은 형태로 방출됩니다. 번갯불. 이것은 일반적으로 발생합니다이내에구름 또는 두 구름 사이에 있지만 때때로 볼트가 땅을 칠 것입니다.

마찰과 마찰로 인한 정전기 축적을 기술적으로 마찰 일렉트릭 효과이며이 기사를 기반으로이 문제의 원인과 작동 방식. 서로 접촉하는 물체는 그들 중 하나가 여분의 전자 (모두 음전하를 운반하는 것) 및 다른 하나는 전자 적자를 발생시켜 양의 순 요금.

그러나 다른 물질이 음전하를 포착하거나 전자를 잃고 양전하를 얻는 정도는 물질의 특성에 따라 다릅니다. 절연체는 일반적으로 정전기를 포착하는 데 더 좋지만 다른 절연체는 다른 속도로 그것을 포착합니다.

예를 들어, 대부분의 고무 유형, 특히 Teflon은 전자를 매우 쉽게 포착하므로 정전기에 의존하는 기술 및 데모에 적합합니다. 재료는 "전기 음성도"에 따라 달라집니다. 이는 기본적으로 전자 친 화성 또는 다른 물체에서이를 포착하는 경향을 의미합니다.

마찰 전기 시리즈는 양 또는 음의 정전기를 감지하는 능력에 따라 다양한 재료를 정렬합니다. 마찰 전기 시리즈의 상단에 배치 된 품목은 양전하를 받기 쉽습니다. 바닥에있는 사람들은 전자를 얻고 음전하를 결과. 마찰 전기 시리즈의 두 항목 사이의 간격이 클수록 두 항목을 서로 문지르면 두 항목 모두에 더 많은 정전기가 발생합니다.

정전기에 대한 대부분의 데모는 재미있는 디스플레이이거나 사소한 호기심입니다. 일상 생활에서 발생하는 경우 원치 않는 정전기가 심각한 문제를 일으킬 수 있음을 기억하는 것이 중요합니다. 결과.

예를 들어, 정전기로 인한 단일 스파크는 인화성 액체 또는 가스를 점화하여 잠재적으로 폭발을 일으킬 수 있습니다. 자동차 시트를 미끄러지면서 발생하는 정전기는 잠재적으로 문제를 일으킬 수 있습니다. 가스를 보충해야하므로 충전하기 전에 항상 자동차의 금속 부분을 만져야합니다. 쪽으로.

물론이야,대부분정전기는 정말 흥미로운 현상이지만 그것이 어떻게 작동하는지 이해하면 어떤 상황에서 재앙을 피할 수 있습니다.