Każdy doświadczył elektryczności statycznej. Przykłady obejmują: kiedy widzisz iskrę w lustrze czesząc włosy, lub dotykasz gałki drzwi po chodzeniu po dywanie w zimie. Iskra, którą widzisz, to elektryczność statyczna „rozładowująca się”. Dlaczego więc nazywa się to elektrycznością statyczną? Jest ona nazywana „statyczną”, ponieważ ładunki pozostają oddzielone w jednym obszarze, a nie przemieszczają się lub „przepływają” do innego obszaru, jak to ma miejsce w przypadku elektryczności płynącej w przewodzie – zwanej elektrycznością prądową.
Elektryczność statyczna była znana już starożytnym Grekom, którzy wiedzieli, że rzeczy mogą otrzymać statyczny „ładunek” elektryczny (nagromadzenie ładunków statycznych) po prostu przez pocieranie ich, ale nie mieli pojęcia, że ta sama energia może być użyta do generowania światła lub zasilania maszyn. To Benjamin Franklin pomógł wysunąć elektryczność na pierwszy plan. Wierzył on, że elektryczność można uzyskać z błyskawicy.
Co to dokładnie jest elektryczność statyczna?
Elektryczność statyczna to w zasadzie nierównowaga ładunków elektrycznych w materiale lub na jego powierzchni. Ładunek pozostaje, dopóki nie zostanie „rozładowany”. Statyczny ładunek elektryczny może powstać, gdy dwie powierzchnie stykają się i rozdzielają, a co najmniej jedna z nich ma wysoką odporność na prąd elektryczny (i dlatego jest izolatorem elektrycznym). Znana iskra, którą można zobaczyć w przypadku szoku statycznego – a dokładniej wyładowania elektrostatycznego – jest spowodowana neutralizacją ładunku.
Skąd pochodzi ten ładunek?
Wiemy, że wszystkie obiekty składają się z atomów, a atomy składają się z protonów, elektronów i neutronów. Protony są naładowane dodatnio, elektrony są naładowane ujemnie, a neutrony są neutralne. Dlatego wszystkie rzeczy składają się z ładunków. Ładunki przeciwne przyciągają się wzajemnie (ujemne do dodatnich). Ładunki podobne odpychają się wzajemnie (dodatni do dodatniego lub ujemny do ujemnego). W większości przypadków ładunki dodatnie i ujemne są zrównoważone w obiekcie, co sprawia, że obiekt jest neutralny, tak jak w przypadku cząsteczek.
Elektryczność statyczna jest wynikiem braku równowagi pomiędzy ładunkami ujemnymi i dodatnimi w obiekcie. Ładunki te mogą gromadzić się na powierzchni obiektu, dopóki nie znajdą sposobu, aby je uwolnić lub rozładować. Pocieranie pewnych materiałów o siebie może przenosić ładunki ujemne, czyli elektrony. Na przykład, jeśli pocierasz butem o dywan, twoje ciało zbiera dodatkowe elektrony z dywanu. Elektrony przylegają do ciała, dopóki nie zostaną uwolnione, jak w przypadku dotknięcia metalowej klamki drzwi.
„… Zjawisko elektryczności statycznej wymaga rozdzielenia ładunków dodatnich i ujemnych. Kiedy dwa materiały stykają się ze sobą, elektrony mogą przemieszczać się z jednego materiału do drugiego, co pozostawia nadmiar ładunku dodatniego na jednym materiale i taki sam ładunek ujemny na drugim. Kiedy materiały są rozdzielone, zachowują tę nierównowagę ładunków…”
Dlaczego twoje włosy podnoszą się podczas zdejmowania kapelusza?
Jak zdejmujesz kapelusz, elektrony są przenoszone z kapelusza na włosy – dlaczego twoje włosy podnoszą się? Ponieważ obiekty o tym samym ładunku odpychają się wzajemnie. Gdy włosy zyskują więcej elektronów, będą miały ten sam ładunek i twoje włosy staną dęba. Twoje włosy po prostu próbują znaleźć się jak najdalej od siebie!
Co to jest efekt tryboelektryczny?
Efekt tryboelektryczny jest rodzajem elektryzacji kontaktowej, w której pewne materiały stają się naładowane elektrycznie po zetknięciu się z innym materiałem, a następnie zostają rozdzielone.
Większość codziennej elektryczności statycznej jest tryboelektryczna. Biegunowość i siła wytwarzanych ładunków różni się w zależności od materiałów, chropowatości powierzchni, temperatury, odkształcenia i innych właściwości.
Efekt tryboelektryczny jest obecnie uważany za związany ze zjawiskiem adhezji, w którym dwa materiały składające się z różnych cząsteczek mają tendencję do przylegania do siebie z powodu przyciągania między różnymi cząsteczkami. Chemiczna adhezja występuje, gdy atomy powierzchniowe dwóch oddzielnych powierzchni tworzą wiązania jonowe, kowalencyjne lub wodorowe w tych warunkach następuje wymiana elektronów pomiędzy różnymi typami molekuł, co skutkuje elektrostatycznym przyciąganiem pomiędzy molekułami, które trzyma je razem.
Zależnie od właściwości tryboelektrycznych materiałów, jeden materiał może „przechwycić” niektóre elektrony z drugiego materiału. Jeśli te dwa materiały są teraz oddzielone od siebie, wystąpi nierównowaga ładunków.
Przykłady szeregów tryboelektrycznych, które oddają elektrony:
Ładunek dodatni – sucha skóra ludzka > skóra > futro królicze > szkło > włosy > nylon > wełna > ołów > jedwab> aluminium > papier ŁADUNEK OSTATECZNIE POZYTYWNY
Przykłady szeregów tryboelektrycznych, które oddają elektrony:
Ładunek ujemny – teflon > silikon > PCV > taśma szkocka > folia saran > styropian > poliester > złoto > nikiel > guma -. LEAST NEGATIVE CHARGE
How to Create Static Electricity using a Van de Graaf Generator
A Van de Graaff generator is an electrostatic generator which uses a moving belt to accumulate electric charge on a hollow metal globe on the top of an insulated column. To może tworzyć bardzo wysokie potencjały elektryczne. Wytwarza on bardzo wysokie napięcie prądu stałego (DC) przy niskim poziomie natężenia. Został on wynaleziony przez amerykańskiego fizyka Roberta J. Van de Graaff w 1929 roku. (Patrz odnośnik poniżej w Scientific American) Różnica potencjałów osiągana w nowoczesnych generatorach Van de Graaffa może sięgać 5 megawoltów. Wersja stołowa może wytworzyć napięcie rzędu 100 000 woltów i może zmagazynować energię wystarczającą do wytworzenia widocznej iskry. Małe maszyny Van de Graaffa są produkowane dla rozrywki, a także w klasach fizyki do nauczania elektrostatyki.
