Alla har upplevt statisk elektricitet. Exempel: när du ser en gnista i spegeln när du kammar håret, eller när du rör vid ett dörrhandtag efter att ha gått på en matta på vintern. Den gnista du ser är statisk elektricitet som ”laddas ur”. Varför kallas det då statisk elektricitet? Den kallas ”statisk” eftersom laddningarna förblir separerade i ett område i stället för att röra sig eller ”flyta” till ett annat område, vilket är fallet med elektricitet som flyter i en tråd – så kallad strömningselektricitet.
Statisk elektricitet har varit känd så långt tillbaka som till de gamla grekerna, som visste att saker och ting kunde ges en statisk elektrisk ”laddning” (en uppbyggnad av statisk elektricitet) helt enkelt genom att gnugga dem, men de hade ingen aning om att samma energi skulle kunna användas för att generera ljus eller driva maskiner. Det var Benjamin Franklin som bidrog till att föra fram elektriciteten i förgrunden. Han trodde att elektricitet kunde utnyttjas från blixtar.
Vad exakt är statisk elektricitet?
Statisk elektricitet är i princip en obalans av elektriska laddningar inom eller på ytan av ett material. Laddningen kvarstår tills den ”laddas ur”. En statisk elektrisk laddning kan skapas när två ytor kommer i kontakt med varandra och skiljs åt, och minst en av ytorna har ett högt motstånd mot elektrisk ström (och är därför en elektrisk isolator). Den välbekanta gnista som man ser vid en statisk stöt – närmare bestämt är det en elektrostatisk urladdning – orsakas av neutraliseringen av laddningen.
Varifrån kommer laddningen?
Vi vet att alla föremål består av atomer och atomer består av protoner, elektroner och neutroner. Protonerna är positivt laddade, elektronerna är negativt laddade och neutronerna är neutrala. Därför består alla ting av laddningar. Motsatta laddningar drar till sig varandra (negativ till positiv). Likadana laddningar stöter bort varandra (positivt till positivt eller negativt till negativt). För det mesta är positiva och negativa laddningar balanserade i ett föremål, vilket gör att föremålet är neutralt, vilket är fallet med molekyler.
Statisk elektricitet är resultatet av en obalans mellan negativa och positiva laddningar i ett föremål. Dessa laddningar kan byggas upp på ytan av ett föremål tills de hittar ett sätt att frigöras eller urladdas. Genom att gnugga vissa material mot varandra kan negativa laddningar, eller elektroner, överföras. Om du till exempel gnider din sko mot mattan samlar din kropp in extra elektroner från mattan. Elektronerna klamrar sig fast vid din kropp tills de kan frigöras, vilket är fallet när du rör vid ett dörrhandtag av metall.
”… Fenomenet statisk elektricitet kräver en separation av positiva och negativa laddningar. När två material är i kontakt kan elektroner förflytta sig från det ena materialet till det andra, vilket lämnar ett överskott av positiv laddning på det ena materialet och en lika stor negativ laddning på det andra. När materialen separeras behåller de denna obalans i laddningen…”
Varför reser sig ditt hår när du tar av dig hatten?
När du tar av dig hatten överförs elektroner från hatten till håret – varför reser sig ditt hår? Eftersom föremål med samma laddning stöter bort varandra .När håret får fler elektroner kommer de att ha samma laddning och ditt hår kommer att resa sig upp. Dina hårstrån försöker helt enkelt komma så långt bort från varandra som möjligt!
Vad är den triboelektriska effekten?
Den triboelektriska effekten är en typ av kontaktelektrifiering där vissa material blir elektriskt laddade efter att ha kommit i kontakt med ett annat annorlunda material, och sedan skiljs åt.
Den mesta vardagliga statiska elektriciteten är triboelektrisk. Polariteten och styrkan hos de laddningar som produceras skiljer sig åt beroende på material, ytråhet, temperatur, belastning och andra egenskaper.
Den triboelektriska effekten anses nu vara relaterad till fenomenet vidhäftning, där två material som består av olika molekyler tenderar att klistra ihop på grund av attraktion mellan de olika molekylerna. Kemisk vidhäftning uppstår när ytatomer på två separata ytor bildar joniska, kovalenta eller vätebindningar under dessa förhållanden sker ett utbyte av elektroner mellan de olika typerna av molekyler, vilket resulterar i en elektrostatisk attraktion mellan molekylerna som håller dem samman.
Avhängigt av materialens triboelektriska egenskaper kan det ena materialet ”fånga” en del av elektronerna från det andra materialet. Om de två materialen nu är separerade från varandra uppstår en laddningsobalans.
Exempel på triboelektriska serier som avger elektroner:
POSITIV LÄGGNING – Torr människohud > läder > kaninpäls > glas > hår > nylon > ull > bly > silke> aluminium > papper MINDRE POSITIV LÄGGNING
Exempel på triboelektriska serier som avger elektroner:
NEGATIV LÄGGNING – teflon > kisel > PVC > scotch tape > saranfolie > styrofoam > polyester > guld > nickel > gummi – >. MINST NEGATIVA LADNING
Hur man skapar statisk elektricitet med hjälp av en Van de Graaf-generator
En Van de Graaff-generator är en elektrostatisk generator som med hjälp av ett rörligt band ackumulerar elektrisk laddning på en ihålig metallglob på toppen av en isolerad pelare. Detta kan skapa mycket höga elektriska potentialer. Den producerar likströmselektricitet med mycket hög spänning vid låga strömnivåer. Den uppfanns av den amerikanske fysikern Robert J. Van de Graaff 1929. (Se referens nedan i Scientific American) Den potentialskillnad som uppnås i moderna Van de Graaff-generatorer kan uppgå till 5 megavolt. En bordsmodell kan producera i storleksordningen 100 000 volt och kan lagra tillräckligt med energi för att producera en synlig gnista. Små Van de Graaff-maskiner tillverkas för underhållning och i fysikklassrum för att lära ut elektrostatik.
