Jak działa elektryczność statyczna?

RichVintage / Getty Images.

Czy kiedykolwiek doznałeś szoku po dotknięciu klamki lub zauważyłeś, że Twoje włosy puszą się w szczególnie zimne, suche dni? Jeśli miałeś któreś z tych doświadczeń, spotkałeś się z elektrycznością statyczną. Elektryczność statyczna to gromadzenie się ładunku elektrycznego (dodatniego lub ujemnego) w jednym miejscu. Nazywa się to również elektrycznością w spoczynku.

Kluczowe dania na wynos: elektryczność statyczna

• Elektryczność statyczna występuje, gdy ładunek gromadzi się w jednym miejscu.
• Obiekty zazwyczaj mają całkowity ładunek równy zero, więc akumulacja ładunku wymaga przeniesienia elektronów z jednego obiektu na drugi.
• Istnieje kilka sposobów przenoszenia elektronów, a tym samym tworzenia ładunku: tarcie (efekt tryboelektryczny), przewodzenie i indukcja.

Przyczyny elektryczności statycznej

Ładunek elektryczny — definiowana jako dodatnia lub ujemna — jest właściwością materii, która powoduje, że dwa ładunki elektryczne przyciągają się lub odpychają. Kiedy dwa ładunki elektryczne są tego samego rodzaju (zarówno dodatnie, jak i ujemne), będą się odpychać. Kiedy są różne (jeden pozytywny i jeden negatywny), będą przyciągać.

Elektryczność statyczna występuje, gdy ładunek gromadzi się w jednym miejscu. Zazwyczaj obiekty nie są ani dodatnio, ani ujemnie naładowane — mają całkowity ładunek równy zero. Nagromadzenie ładunku wymaga przeniesienia elektronów z jednego obiektu na drugi.

Usunięcie ujemnie naładowanych elektronów z powierzchni spowoduje, że ta powierzchnia będzie naładowana dodatnio, podczas gdy dodanie elektronów do powierzchni spowoduje, że ta powierzchnia stanie się naładowana ujemnie. Tak więc, jeśli elektrony zostaną przeniesione z obiektu A do obiektu B, obiekt A zostanie naładowany dodatnio, a obiekt B stanie się naładowany ujemnie.

Ładowanie przez tarcie (efekt tryboelektryczny)

Efekt tryboelektryczny odnosi się do przenoszenia ładunku (elektronów) z jednego obiektu na drugi, gdy są one pocierane przez tarcie. Na przykład, efekt tryboelektryczny może wystąpić, gdy zimą w skarpetkach poruszasz się po dywanie.

Efekt tryboelektryczny ma tendencję do występowania, gdy oba obiekty są elektrycznie izolacyjny , co oznacza, że ​​elektrony nie mogą swobodnie płynąć. Kiedy te dwa obiekty są pocierane, a następnie rozdzielane, powierzchnia jednego obiektu zyskała ładunek dodatni, podczas gdy powierzchnia drugiego obiektu zyskała ładunek ujemny. Ładunek dwóch obiektów po rozdzieleniu można przewidzieć na podstawie seria tryboelektryczna , który zawiera listę materiałów w kolejności, w jakiej mogą być naładowane dodatnio lub ujemnie.

Ponieważ elektrony nie mogą się swobodnie poruszać, obie powierzchnie mogą pozostawać naładowane przez długi czas, chyba że zostaną wystawione na działanie materiału przewodzącego prąd elektryczny. Jeśli elektrycznie przewodzący materiał, taki jak metal, dotknie się do naładowanych powierzchni, elektrony będą mogły swobodnie się poruszać, a ładunek z powierzchni zostanie usunięty.

Dlatego dodanie wody do włosów puszących się z powodu elektryczności statycznej usunie elektryzowanie. Woda zawierająca rozpuszczone jony — tak jak w przypadku wody z kranu lub deszczówki — przewodzi prąd elektryczny i usuwa ładunki, które nagromadziły się na włosach.

Ładowanie przez przewodzenie i indukcję

Przewodzenie odnosi się do przenoszenia elektronów, gdy obiekty stykają się ze sobą. Na przykład powierzchnia, która jest naładowana dodatnio, może zyskać elektrony, gdy dotknie obiektu naładowanego neutralnie, powodując, że drugi obiekt stanie się naładowany dodatnio, a pierwszy obiekt będzie naładowany dodatnio mniej niż wcześniej.

Indukcja nie obejmuje przenoszenia elektronów ani bezpośredniego kontaktu. Posługuje się raczej zasadą, że „podobne ładunki odpychają, a przeciwne przyciągają”. Indukcja zachodzi z dwoma przewodnikami elektrycznymi, ponieważ umożliwiają one swobodny przepływ ładunków.

Oto przykład ładowania indukcyjnego. Wyobraź sobie, że dwa metalowe przedmioty, A i B, stykają się ze sobą. Ujemnie naładowany obiekt jest umieszczany na lewo od Obiektu A, co odpycha elektrony po lewej stronie Obiektu A i powoduje ich przesunięcie do Obiektu B. Oba obiekty są następnie rozdzielone, a ładunek rozprowadza się ponownie na całym obiekcie, pozostawiając Obiekt A naładowany dodatnio, a Obiekt B ogólnie naładowany ujemnie.

Źródła

• Bóbr, John B. i Don Powers. Elektryczność i magnetyzm: elektryczność statyczna, prąd elektryczny i magnesy . Mark Twain Media, 2010.
• Christopoulos, Christos. Zasady i techniki kompatybilności elektromagnetycznej . Prasa CRC, 2007.
• Wasilescu, Gabriela. Zasady i zastosowania dotyczące szumu elektronicznego i sygnałów zakłócających . Springera, 2005.