Alle har oplevet statisk elektricitet. Eksempler: Når du ser en gnist i spejlet, når du kæmmer dit hår, eller når du rører ved et dørhåndtag, efter at du har gået på et tæppe om vinteren. Den gnist, du ser, er statisk elektricitet, der “udlader sig”. Hvorfor kaldes det så statisk elektricitet? Det kaldes “statisk”, fordi ladningerne forbliver adskilt i et område i stedet for at bevæge sig eller “flyde” til et andet område, som det er tilfældet med elektricitet, der flyder i en ledning – det kaldes strømelektricitet.
Statisk elektricitet har været kendt så langt tilbage som de gamle grækere, at ting kunne få en statisk elektrisk “ladning” (en ophobning af statisk elektricitet) blot ved at gnide dem, men de havde ingen idé om, at den samme energi kunne bruges til at generere lys eller drive maskiner. Det var Benjamin Franklin, der var med til at bringe elektricitet frem på forgrunden. Han troede, at elektricitet kunne udnyttes fra lynnedslag.
Hvad er statisk elektricitet helt præcist?
Statisk elektricitet er grundlæggende en ubalance mellem elektriske ladninger i eller på overfladen af et materiale. Ladningen forbliver, indtil den er “afladet”. En statisk elektrisk ladning kan opstå, når to overflader berører hinanden og skilles, og mindst én af overfladerne har en høj modstand mod elektrisk strøm (og derfor er en elektrisk isolator). Den velkendte gnist, som man ser ved et statisk stød – mere specifikt er der tale om en elektrostatisk udladning – forårsaget af neutraliseringen af ladningen.
Hvor kommer denne ladning fra?
Vi ved, at alle genstande består af atomer, og atomer er sammensat af protoner, elektroner og neutroner. Protonerne er positivt ladede, elektronerne er negativt ladede, og neutronerne er neutrale. Derfor er alle ting opbygget af ladninger. Modsatte ladninger tiltrækker hinanden (negativ til positiv). Samme ladninger frastøder hinanden (positiv til positiv eller negativ til negativ). For det meste er der balance mellem positive og negative ladninger i et objekt, hvilket gør objektet neutralt, som det er tilfældet med molekyler.
Statisk elektricitet er resultatet af en ubalance mellem negative og positive ladninger i et objekt. Disse ladninger kan ophobes på overfladen af et objekt, indtil de finder en måde at blive frigivet eller afladet på. Ved at gnide visse materialer mod hinanden kan negative ladninger, eller elektroner, overføres. Hvis du f.eks. gnider dine sko mod gulvtæppet, opsamler din krop ekstra elektroner fra tæppet. Elektronerne klæber til din krop, indtil de kan frigives, som det er tilfældet, når du rører ved et dørhåndtag af metal.
“… Fænomenet statisk elektricitet kræver en adskillelse af positive og negative ladninger. Når to materialer er i kontakt, kan elektroner bevæge sig fra det ene materiale til det andet, hvilket efterlader et overskud af positiv ladning på det ene materiale og en lige så stor negativ ladning på det andet. Når materialerne er adskilt, bevarer de denne ubalance i ladningerne…”
Hvorfor rejser dit hår sig op, når du tager din hat af?
Når du tager din hat af, overføres elektroner fra hatten til håret – hvorfor rejser dit hår sig op? Da genstande med samme ladning frastøder hinanden .Da håret får flere elektroner, vil de have samme ladning, og dit hår vil rejse sig op. Dine hår forsøger simpelthen at komme så langt væk fra hinanden som muligt!
Hvad er den triboelektriske effekt?
Den triboelektriske effekt er en type kontaktelektrifikation, hvor visse materialer bliver elektrisk ladet efter at være kommet i kontakt med et andet forskelligt materiale, og derefter adskilles.
Den meste statiske elektricitet i hverdagen er triboelektrisk. Polariteten og styrken af de producerede ladninger varierer alt efter materialer, overfladeruhed, temperatur, belastning og andre egenskaber.
Den triboelektriske effekt anses nu for at være relateret til fænomenet adhæsion, hvor to materialer, der består af forskellige molekyler, har tendens til at klæbe sammen på grund af tiltrækningen mellem de forskellige molekyler. Kemisk adhæsion opstår, når overfladeatomer på to separate overflader danner ioniske, kovalente eller hydrogenbindinger under disse betingelser sker der en udveksling af elektroner mellem de forskellige typer af molekyler, hvilket resulterer i en elektrostatisk tiltrækning mellem molekylerne, som holder dem sammen.
Afhængigt af materialernes triboelektriske egenskaber kan det ene materiale “fange” nogle af elektronerne fra det andet materiale. Hvis de to materialer nu er adskilt fra hinanden, vil der opstå en ladningsubalance.
Eksempler på triboelektriske serier, der afgiver elektroner:
POSITIVE LADNINGER – Tør menneskehud > læder > kaninpels > glas > hår > nylon > uld > bly > silke> aluminium > papir MINDST POSITIVE LADNINGER
Eksempler på triboelektriske serier, der afgiver elektroner:
NEGATIV LADNING – teflon > silicium > PVC > scotch tape > saran wrap > styrofoam > polyester > guld > nikkel > gummi –
MINDST NEGATIVE LADNING
Hvordan man skaber statisk elektricitet ved hjælp af en Van de Graaf-generator
En Van de Graaff-generator er en elektrostatisk generator, der bruger et bevægeligt bånd til at akkumulere elektrisk ladning på en hul metalkugle på toppen af en isoleret søjle. Dette kan skabe meget høje elektriske potentialer. Den producerer meget højspændt jævnstrøm (DC) elektricitet ved lave strømniveauer. Den blev opfundet af den amerikanske fysiker Robert J. Van de Graaff i 1929. (Se nedenstående reference i Scientific American) Den potentialforskel, der opnås i moderne Van de Graaff-generatorer, kan nå op på 5 megavolt. En bordversion kan producere i størrelsesordenen 100.000 volt og kan lagre nok energi til at frembringe en synlig gnist. Der fremstilles små Van de Graaff-maskiner til underholdning og i fysiklokaler til undervisning i elektrostatik.
