Природа статического электричества

Статическое электричество, как следует из его названия, статично (без движения), поскольку в отличие от классического тока, который куда-то течет, это ток, который никуда не уходит. И постоянный ток, и переменный ток текут в каком-то направлении, но статическое электричество никуда не течет.

Статическое электричество возникает в основном из-за трения между двумя телами. Такой эффект возникает, например, когда мы идем по ковру, когда человек расчесывает волосы, гладит кошку и т.д.

Трение между расческой и волосами приводит к тому, что электроны перемещаются от ваших волос к расческе, поэтому одно тело теряет, а другое приобретает электроны. Когда между двумя телами возникает трение, электроны переходят от одного тела к другому, так что теперь у одного тела больше электронов и, следовательно, оно более отрицательное, а у другого меньше электронов и, следовательно, оно более положительное.

Это связано с тем, что один материал имеет слабо связанные электроны, а другой имеет много вакансий во внешних электронных оболочках, поэтому электроны могут перемещаться от первого к последнему, создавая дисбаланс заряда после разделения материалов. Материалы, которые могут таким образом терять или приобретать электроны, называются трибоэлектрическими. Одним из распространенных примеров этого может быть шарканье ног по ковру, особенно при низкой влажности, что делает воздух менее проводящим и усиливает эффект.

Поскольку у электронов нет возможности вернуться в исходное тело, этот дисбаланс сохраняется. Если бы трение не поддерживалось, статическое электричество постепенно исчезло бы. Если трение между двумя телами продолжается, дисбаланс будет увеличиваться до тех пор, пока не произойдет электрический разряд (электроны найдут способ вернуться в свое прежнее состояние).

Поскольку одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, они имеют тенденцию мигрировать к краям заряженного объекта, чтобы уйти друг от друга. Это то, что заставляет ваши волосы вставать дыбом, когда ваше тело берет на себя статический заряд. Когда вы затем прикасаетесь к заземленному металлическому предмету, например к винту на пластине выключателя света, это обеспечивает путь к земле для заряда, накопившегося в вашем теле. Этот внезапный разряд создает видимую и слышимую искру в воздухе между вашим пальцем и винтом. Это связано с высокой разницей потенциалов между вашим телом и землей, которая может достигать 25000 вольт.

Опасность статического электричества

Эти внезапные разряды высокого напряжения могут не только вызвать болевой шок, но и стать источником воспламенения некоторых веществ. Статический разряд также может повредить хрупкую электронику. Простая искра от пальца может повредить чувствительные компоненты и сделать их непригодными для использования, поэтому необходимо принимать меры предосторожности, такие как хранение печатных плат в токопроводящих пластиковых пакетах и ношение заземляющих браслетов для непрерывного рассеивания статического заряда с вашего тела.

Еще одним источником статического заряда является движение жидкости по трубе или шлангу. Если эта жидкость легко воспламеняется, например бензин, искра от внезапного разряда может привести к возгоранию или взрыву. Люди, работающие с жидким топливом, должны проявлять большую осторожность, чтобы избежать накопления заряда и внезапного разряда. Заправляя машину бензином, вы всегда должны касаться металлической части машины после выхода из нее, чтобы рассеять любой заряд, который мог образоваться при скольжении по поверхности сиденья. Кроме того, при покупке бензина для газонокосилки всегда следует вынимать баллон и ставить его на землю во время заправки. Это постоянно рассеивает статический заряд и не позволяет ему накапливаться достаточно, чтобы создать искру.

Молния как пример статического электричества

Движущиеся газы и пары также могут создавать статический заряд. Самый известный пример – молния. Бенджамин Франклин доказал, что молния является формой статического электричества, когда он и его сын запустили воздушного змея во время грозы. Они прикрепили ключ к веревке воздушного змея, и мокрая веревка передала заряд от облака к ключу, который испускал искры, когда он дотрагивался до него.

Удар молнии – это атмосферный разряд электричества. Разность потенциалов, создаваемая трением между нагруженными облаками, увеличивается и становится очень большой. Когда это происходит, электричество перескакивает с облака на другое или с облака на землю.

В облаках образуются зоны статического заряда из-за того, что капли теплой воды в восходящих потоках обмениваются электронами с холодными кристаллами льда в нисходящих потоках. Потенциал между этими атмосферными зарядами и землей может превышать 300000 вольт, поэтому последствия удара молнии могут быть смертельными. При ударе молнии ток имеет тенденцию перемещаться по поверхности тела в процессе, называемом «внешнее перекрытие», который может вызвать серьезные ожоги, особенно в начальной точке контакта. По данным Национальной метеорологической службы, часть тока может пройти через тело и повредить нервную систему. Кроме того, сотрясение мозга от взрыва может вызвать травматические повреждения внутренних органов и необратимую потерю слуха, а яркая вспышка может привести к временному или необратимому повреждению зрения.

Польза статического электричества

Хотя статическое электричество может быть неприятным или даже опасным, как в случае статического удара, в других случаях оно может быть весьма полезным. Например, статические заряды могут быть вызваны электрическим током. Одним из примеров этого является конденсатор, названный так потому, что он обладает способностью накапливать электрический заряд, аналогично тому, как пружина накапливает механическую энергию. Напряжение, подаваемое на конденсатор, создает разность зарядов между пластинами. Если конденсатор заряжен и напряжение выключено, он может некоторое время сохранять заряд. Это может быть полезно, как в случае с суперконденсаторами, которые могут заменить перезаряжаемые батареи в некоторых приложениях, но это также может быть и опасно. Электронное оборудование, такое как старые ЭЛТ-мониторы и телевизоры, содержит большие конденсаторы, которые могут сохранять заряд до 25000 вольт, что может привести к травмам даже после того, как устройство было выключено в течение нескольких дней.

Другой способ создания полезного статического заряда – механическое напряжение. В пьезоэлектрических материалах электроны могут быть буквально выдавлены с места и вынуждены двигаться из области, находящейся под напряжением. Затем напряжение из-за возникающего дисбаланса заряда можно использовать для выполнения полезной работы. Одним из приложений является сбор энергии, при котором маломощные устройства могут работать на энергии, производимой вибрациями окружающей среды.

Другим примером пользы статического электричества могут являться кварцевые микрофоны. Звуковые волны в воздухе могут отклонять диафрагму, соединенную с пьезоэлектрическим элементом, который преобразует звуковые волны в электрический сигнал. В обратной операции электрический сигнал может заставить пьезоэлектрический преобразователь в громкоговорителе двигаться, таким образом воспроизводя звук.

Примеры статического электричества

Есть много примеров, где мы можем увидеть статическое электричество, и многие из них мы уже рассмотрели, тем не менее, вот одни из наиболее часто встречающихся примеров:

• Удар молнии
  
• Расчесывание сухих волос
  
• Хождение по ковру
  
• Трение пластикового шарика о волосы
  
• Прикосновение к металлической части машины после долгого сидения в кресле
  

© digitrode.ru

Теги: статическое электричество