Tutti hanno sperimentato l’elettricità statica. Esempi: quando vedi una scintilla nello specchio mentre ti pettini, o quando tocchi una maniglia della porta dopo aver camminato su un tappeto in inverno. La scintilla che vedi è elettricità statica che si “scarica”. Allora perché si chiama elettricità statica? Si chiama “statica” perché le cariche rimangono separate in un’area piuttosto che muoversi o “scorrere” in un’altra area come nel caso dell’elettricità che scorre in un filo – chiamata elettricità corrente.
L’elettricità statica è stata conosciuta fin dagli antichi greci che le cose potevano ricevere una “carica” elettrica statica (un accumulo di statica) semplicemente strofinandole, ma non avevano idea che la stessa energia potesse essere usata per generare luce o alimentare macchine. Fu Benjamin Franklin a portare l’elettricità alla ribalta. Egli credeva che l’elettricità potesse essere sfruttata dai fulmini.
Cos’è esattamente l’elettricità statica?
L’elettricità statica è fondamentalmente uno squilibrio di cariche elettriche all’interno o sulla superficie di un materiale. La carica rimane finché non viene “scaricata”. Una carica elettrica statica può essere creata ogni volta che due superfici entrano in contatto e si separano, e almeno una delle superfici ha un’alta resistenza alla corrente elettrica (ed è quindi un isolante elettrico). La scintilla familiare che si vede di una scossa statica – più precisamente, è una scarica elettrostatica – causata dalla neutralizzazione della carica.
Da dove viene questa carica?
Sappiamo che tutti gli oggetti sono fatti di atomi e gli atomi sono composti da protoni, elettroni e neutroni. I protoni sono carichi positivamente, gli elettroni sono carichi negativamente e i neutroni sono neutri. Pertanto, tutte le cose sono composte da cariche. Le cariche opposte si attraggono a vicenda (da negativo a positivo). Cariche simili si respingono a vicenda (positivo con positivo o negativo con negativo). La maggior parte delle volte le cariche positive e negative sono bilanciate in un oggetto, il che rende quell’oggetto neutro come nel caso delle molecole.
L’elettricità statica è il risultato di uno squilibrio tra le cariche negative e positive in un oggetto. Queste cariche possono accumularsi sulla superficie di un oggetto finché non trovano un modo per essere rilasciate o scaricate. Lo sfregamento di certi materiali l’uno contro l’altro può trasferire cariche negative, o elettroni. Per esempio, se strofini la tua scarpa sul tappeto, il tuo corpo raccoglie elettroni extra dal tappeto. Gli elettroni si aggrappano al tuo corpo fino a quando non possono essere rilasciati come nel caso in cui tocchi la maniglia di una porta metallica.
“… Il fenomeno dell’elettricità statica richiede una separazione di cariche positive e negative. Quando due materiali sono in contatto, gli elettroni possono spostarsi da un materiale all’altro, il che lascia un eccesso di carica positiva su un materiale e una uguale carica negativa sull’altro. Quando i materiali sono separati, mantengono questo squilibrio di carica…”
Perché i tuoi capelli si rizzano quando ti togli il cappello?
Quando ti togli il cappello, gli elettroni sono trasferiti dal cappello ai capelli–perché i tuoi capelli si rizzano? Poiché gli oggetti con la stessa carica si respingono l’un l’altro, quando i capelli guadagnano più elettroni avranno la stessa carica e i tuoi capelli si alzeranno. I tuoi capelli stanno semplicemente cercando di allontanarsi il più possibile l’uno dall’altro!
Che cos’è l’effetto triboelettrico?
L’effetto triboelettrico è un tipo di elettrificazione da contatto in cui certi materiali si caricano elettricamente dopo essere entrati in contatto con un altro materiale diverso, e vengono poi separati. La polarità e la forza delle cariche prodotte differiscono a seconda dei materiali, della rugosità della superficie, della temperatura, della tensione e di altre proprietà.
L’effetto triboelettrico è ora considerato legato al fenomeno dell’adesione, in cui due materiali composti da molecole diverse tendono ad attaccarsi insieme a causa dell’attrazione tra le diverse molecole. L’adesione chimica si verifica quando gli atomi di superficie di due superfici separate formano legami ionici, covalenti o idrogeno; in queste condizioni c’è uno scambio di elettroni tra i diversi tipi di molecole, con conseguente attrazione elettrostatica tra le molecole che le tiene unite.
A seconda delle proprietà triboelettriche dei materiali, un materiale può “catturare” alcuni degli elettroni dell’altro materiale. Se i due materiali sono ora separati l’uno dall’altro, si verifica uno squilibrio di carica.
Esempi di serie triboelettriche che cedono elettroni:
CARICA POSITIVA – Pelle umana secca > cuoio > pelliccia di coniglio > vetro > capelli > nylon > lana > piombo > seta> alluminio > carta CARICA MENO POSITIVA
Esempi di serie triboelettriche che cedono elettroni:
CARICA NEGATIVA – teflon > silicio > PVC > nastro adesivo > saran wrap > polistirolo > poliestere > oro > nichel > gomma – MENO CARICA NEGATIVA
Come creare elettricità statica usando un generatore di Van de Graaf
Un generatore di Van de Graaff è un generatore elettrostatico che usa una cinghia mobile per accumulare carica elettrica su un globo metallico cavo in cima ad una colonna isolata. Questo può creare potenziali elettrici molto alti. Produce elettricità ad altissima tensione in corrente continua (DC) a bassi livelli di corrente. Fu inventato dal fisico americano Robert J. Van de Graaff nel 1929. (La differenza di potenziale raggiunta nei moderni generatori di Van de Graaff può raggiungere i 5 megavolt. Una versione da tavolo può produrre nell’ordine di 100.000 volt e può immagazzinare abbastanza energia per produrre una scintilla visibile. Piccole macchine di Van de Graaff sono prodotte per l’intrattenimento, e nelle aule di fisica per insegnare l’elettrostatica.
