Mindenki tapasztalt már statikus elektromosságot. Például: amikor szikrát látunk a tükörben, miközben fésülködünk, vagy amikor télen a szőnyegen járás után megérintjük az ajtógombot. A szikra, amit látsz, a statikus elektromosság “kisülése”. Akkor miért hívják statikus elektromosságnak? Azért hívják “statikusnak”, mert a töltések egy területen elkülönülve maradnak, ahelyett, hogy elmozdulnának vagy “átáramlanának” egy másik területre, mint a vezetékben áramló elektromosság esetében – ezt nevezzük áramerősségnek.
A statikus elektromosságról már az ókori görögök is tudták, hogy a dolgokat statikus elektromos “töltéssel” (a statikus töltés felhalmozódásával) egyszerűen meg lehetett dörzsölni, de arról fogalmuk sem volt, hogy ugyanezt az energiát fel lehet használni a fény előállítására vagy a gépek működtetésére. Benjamin Franklin volt az, aki segített az elektromosságot előtérbe helyezni. Úgy vélte, hogy az elektromosságot a villámból is hasznosítani lehet.
Mi is pontosan a statikus elektromosság?
A statikus elektromosság alapvetően az elektromos töltések egyensúlytalansága egy anyagban vagy annak felületén. A töltés mindaddig megmarad, amíg “le nem merül”. Statikus elektromos töltés akkor keletkezhet, ha két felület érintkezik és elválik egymástól, és legalább az egyik felület nagy ellenállással rendelkezik az elektromos árammal szemben (és ezért elektromos szigetelő). A statikus áramütés – pontosabban az elektrosztatikus kisülés – ismert szikráját a töltés semlegesítése okozza.
Honnan jön ez a töltés?
Tudjuk, hogy minden tárgyat atomok alkotnak, az atomok pedig protonokból, elektronokból és neutronokból állnak. A protonok pozitív töltésűek, az elektronok negatív töltésűek, a neutronok pedig semlegesek. Ezért minden dolog töltésekből áll. Az ellentétes töltések vonzzák egymást (negatív a pozitívhoz). A hasonló töltések taszítják egymást (pozitív a pozitívhoz vagy negatív a negatívhoz). A legtöbbször a pozitív és negatív töltések egyensúlyban vannak egy tárgyban, ami semlegessé teszi a tárgyat, mint például a molekulák esetében.
A statikus elektromosság a negatív és pozitív töltések egyensúlytalanságának eredménye egy tárgyban. Ezek a töltések felhalmozódhatnak egy tárgy felületén, amíg nem találnak módot arra, hogy felszabaduljanak vagy lemerüljenek. Bizonyos anyagok egymáshoz dörzsölése negatív töltéseket, azaz elektronokat adhat át. Ha például a cipődet a szőnyeghez dörzsölöd, a tested extra elektronokat gyűjt a szőnyegről. Az elektronok addig tapadnak a testedhez, amíg fel nem szabadulnak, mint például akkor, amikor egy fém ajtókilincshez érsz.”
“… A statikus elektromosság jelensége a pozitív és negatív töltések szétválasztását igényli. Amikor két anyag érintkezik, az elektronok az egyik anyagból a másikba vándorolhatnak, ami az egyik anyagon pozitív töltésfelesleget, a másikon pedig ugyanannyi negatív töltést hagy. Amikor az anyagokat szétválasztják, megtartják ezt a töltésegyenlőtlenséget…”
Miért áll fel a hajad, amikor leveszed a kalapodat?
Amikor leveszed a kalapodat, az elektronok átkerülnek a kalapról a hajadra – miért áll fel a hajad? Mivel az azonos töltésű tárgyak taszítják egymást .ahogy a haj több elektront kap, ugyanolyan töltésűek lesznek és a hajad feláll. A hajszálaid egyszerűen megpróbálnak minél távolabb kerülni egymástól!
Mi a triboelektromos hatás?
A triboelektromos hatás az érintkezési elektromosság egy fajtája, amelyben bizonyos anyagok egy másik, különböző anyaggal való érintkezés után elektromosan feltöltődnek, majd elválnak egymástól.
A legtöbb mindennapi statikus elektromosság triboelektromos. A keletkező töltések polaritása és erőssége az anyagok, a felület érdessége, a hőmérséklet, az igénybevétel és egyéb tulajdonságok függvényében változik.
A triboelektromos hatást ma már az adhézió jelenségével tartják rokonnak, amikor két különböző molekulákból álló anyag a különböző molekulák közötti vonzás miatt hajlamos összetapadni. Kémiai adhézió akkor jön létre, amikor két különálló felület atomjai ionos, kovalens vagy hidrogénkötéseket képeznek ilyen körülmények között elektroncsere történik a különböző típusú molekulák között, ami a molekulák közötti elektrosztatikus vonzást eredményez, ami összetartja őket.
Az anyagok triboelektromos tulajdonságaitól függően az egyik anyag “elkaphatja” a másik anyag elektronjainak egy részét. Ha a két anyagot most elválasztják egymástól, töltésegyenlőtlenség keletkezik.
Példák az elektronokat leadó triboelektromos sorozatokra:
Pozitív töltés – Száraz emberi bőr > bőr > nyúlszőrme > üveg > szőr > nejlon > gyapjú > ólom > selyem> alumínium > papír LEHETSÉGES PÓZITÍV TÖLTÉS
Példák az elektronokat leadó triboelektromos sorozatra:
NEGATÍV TELJESÍTMÉNY – teflon > szilícium > PVC > ragasztószalag > szarufólia > hungarocell > poliészter > arany > nikkel > gumi – KIS NEGATÍV TELJESÍTÉS
Hogyan hozzunk létre statikus elektromosságot Van de Graaf generátorral
A Van de Graaff generátor egy elektrosztatikus generátor, amely egy mozgó szíj segítségével elektromos töltést halmoz fel egy szigetelt oszlop tetején lévő üreges fémgömbön. Ezzel nagyon magas elektromos potenciálokat lehet létrehozni. Nagyon nagy feszültségű egyenáramú (DC) villamos energiát állít elő alacsony áramerősség mellett. Robert J. Van de Graaff amerikai fizikus találta fel 1929-ben. (Lásd a Scientific American alábbi hivatkozását) A modern Van de Graaff-generátorokban elért potenciálkülönbség elérheti az 5 megavoltot. Egy asztali változat 100 000 voltos nagyságrendű feszültséget képes előállítani, és elegendő energiát képes tárolni ahhoz, hogy látható szikrát hozzon létre. Kis Van de Graaff-gépeket gyártanak szórakoztatásra, illetve fizikaórákon az elektrosztatika tanítására.
