Статическое электричество — это… Что такое Статическое электричество?

Стати́ческое электри́чество — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках^[1].

Волосы девочки наэлектризовались от трения.

Происхождение

Электризация диэлектриков трением может возникнуть при соприкосновении двух разнородных веществ из-за различия атомных и молекулярных сил (из-за различия работы выхода электрона из материалов). При этом происходит перераспределение электронов (в жидкостях и газах ещё и ионов) с образованием на соприкасающихся поверхностях электрических слоёв с противоположными знаками электрических зарядов. Фактически атомы и молекулы одного вещества, обладающие более сильным притяжением, отрывают электроны от другого вещества.

Полученная разность потенциалов соприкасающихся поверхностей зависит от ряда факторов — диэлектрических свойств материалов, значения их взаимного давления при соприкосновении, влажности и температуры поверхностей этих тел, климатических условий.

При последующем разделении этих тел каждое из них сохраняет свой электрический заряд, а с увеличением расстояния между ними за счет совершаемой работы по разделению зарядов, разность потенциалов возрастает и может достигнуть десятков и сотен киловольт.

Электрические разряды могут взаимно нейтрализоваться вследствие некоторой электропроводности влажного воздуха. При влажности воздуха более 85 % статическое электричество практически не возникает.

Статическое электричество в быту

Статическое электричество широко распространено в обыденной жизни. Если, например, на полу лежит ковер из шерсти, то при трении об него человеческое тело может получить электрический заряд минус, а ковер получит заряд плюс. Другим примером может служить электризация пластиковой расчески, которая после причесывания получает минус заряд, а волосы получают плюс заряд. Накопителем минус-заряда зачастую являются полиэтиленовые пакеты, полистироловый пенопласт. Накопителем плюс-заряда зачастую является сухая полиуретановая монтажная пена, если её сжать рукой.

Когда человек, тело которого наэлектризовано, дотрагивается до металлического предмета, например трубы отопления или холодильника, накопленный заряд моментально разрядится, а человек получит легкий удар током.

Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Даже простое расчесывание волос в сухой день может привести к накоплению статического заряда с напряжением в десятки тысяч вольт, однако ток его освобождения будет настолько мал, что его зачастую невозможно будет даже почувствовать. Именно низкие значения тока не дают статическому заряду нанести человеку вред, когда происходит мгновенный разряд.^[2]

С другой стороны, такие напряжения могут быть опасны для элементов различных электронных приборов — микропроцессоров, транзисторов и т. п. Поэтому при работе с радиоэлектронными компонентами рекомендуется принимать меры по предотвращению накопления статического заряда.

Молнии

В результате движения воздушных потоков, насыщенных водяными парами, образуются грозовые облака, являющиеся носителями статического электричества. Электрические разряды образуются между разноименными заряженными облаками или, чаще, между заряженным облаком и землей. При достижении определенной разности потенциалов происходит разряд молнии между облаками или на земле. Для защиты от молний устанавливаются молниеотводы, проводящие разряд напрямую в землю.

Помимо молний, грозовые облака могут вызывать на изолированных металлических предметах опасные электрические потенциалы из-за электростатической индукции.

↖ ↑ ↗

Примечания

См. также

Ссылки

Установлена причина появления статического электричества в результате трения

Команда американских ученых разработала новую модель, которая показывает, что трение двух объектов вместе производит статическое электричество из-за изгиба крошечных выступов на поверхности материалов. Их работа принята к публикации в журнале Physical Review Letters, с ее препринтом можно ознакомиться на arXiv.org.

Большинство людей испытывало на себе разряд статического электричества. Однако детальное понимание того, как оно происходит, ускользало от ученых на протяжении более чем 2500 лет. Греческий философ Фалес Милетский впервые сообщил о вызванном трением статическом электричестве около 600 г. до н. э. после того, как натер янтарь мехом и заметил, что последний начал притягивать пыль. С тех пор стало ясно, что трение вызывает появление статического электричества во всех изоляторах, а не только в мехе. Однако именно на этом более или менее закончился научный консенсус.

На наноуровне все материалы имеют шероховатые поверхности с бесчисленными крошечными выступами. Когда два материала соприкасаются и трутся друг о друга, эти выступы изгибаются и деформируются. Команда исследователей из Северо-Западного университета обнаружила, что эти деформации приводят к возникновению напряжений, которые в конечном итоге и вызывают появление статического заряда. Это явление называется «флексоэлектрическим эффектом» и связано с разделением электрических зарядов при действии напряжений.

Ученые на простой модели показали, что напряжения, возникающие на изгибах выступов во время трения, действительно достаточно велики, чтобы вызвать статическое электричество. Эта работа объясняет ряд экспериментальных наблюдений (например, почему заряды образуются даже тогда, когда два куска одного и того же материала стираются вместе) и предсказывает экспериментально измеренные заряды с замечательной точностью.

«Наш вывод предполагает, что трибоэлектричество, флексоэлектричество и трение неразрывно связаны, — отметил ведущий автор исследования, профессор материаловедения и инженерии в Северо-Западном университете Лоренс Маркс. — Этот факт позволяет нам лучше понять трибоэлектричество и использовать его в новых технологиях».

Молниезащита, атмосферное и статическое электричество

Совокупность явлений, результатом которых является образование, сбережение и разрядка свободных электрозарядов на поверхности диэлектриков или изолированных проводниках, называют статическим электричеством. Образующийся заряд может сохраняться и накапливать достаточно продолжительное время. Процесс получения любой поверхностью или телом определенного заряда (положительного или отрицательного) называется электризацией. Статические электрозаряды чаще всего образуются из-за трения друг о друга или о металл твердых материалов, не проводящих ток. Относительно земли напряжение во время статической электризации часто может достигать 100 тыс. вольт.

Разряды статического электричества могут стать причиной возникновения сильных пожаров и взрывов, а также иметь негативное влияние на здоровье человека, как при непосредственном контакте, так и из-за опасного электрического поля образующегося вокруг заряженного тела.  Выделяющейся энергии достаточно много для мгновенного для воспламенения пыле и газовоздушных смесей.

Специалисты рекомендуют применять заземления, нейтрализаторы (индукционные, радиоактивные и высоковольтные), увлажнители воздуха, специальные экраны и антиэлектростатические вещества для эффективной защиты от статических зарядов.

Сотрудникам, в качестве профилактики, выдают антистатическую спецодежду и токопроводящую обувь имеющую сопротивление подошвы до 108 Ом.

Атмосферное электричество: молниезащита

Наиболее часто атмосферное электричество концентрируется в кучевых (грозовых) облаках и разряжается через молнии, которые имеют мощное поражающее действие. Прямое их попадание в дом может полностью разрушить здание, убить людей, находящихся внутри или привести к сильному пожару или техногенным авариям.

После того как Франклин объяснил всему миру природу молний человечество постоянно работает над усовершенствованием методов по молниезащите. В настоящее время на смену простым стальным или медным громоотводам с токоотводом и заземлением пришли инновационные активные молниеприемники. Они за счет ионизации воздуха вокруг себя самостоятельно притягивают к себе разряды молний. Современная система молниезащиты объекта включает защиту от прямых ударов молнии и вторичных ее проявлений.

Защита от статического электричества и молниезащита

Для предотвращения неприятных последствий от образования статических зарядов и молний необходимо при проектировании и эксплуатации объектов осуществлять комплекс мер, направленных на их защиту от

статического электричества и молниезащиту.

Основные здания и сооружения не принимаются в эксплуатацию без защиты от статического электричества и молниезащиты. Промышленные здания и помещения, оборудование и приборы, различные коммуникации в соответствии с их классификацией по ПУЭ должны иметь молниезащиту І, ІІ или ІІІ категории, а также защиту от статических разрядов для взрыво- и пожароопасных помещений, зон открытых установок, имеющие класс B-I, B-I6, В-II и B-IIa.

Защита от статического электричества обеспечивается благодаря таким мероприятиям, как:

• проверка исправности и безотказности работы и непосредственного наличия заземлений, систем отвода зарядов и нейтрализации;
• очистка газвоздушных смесей от взвешенных примесей;
• четкое выполнение технологических инструкций (недопущение разбрызгивания, дробления или распыления материалов, увеличения их скорости движения и т.п.)
• металлическое и неметаллическое оборудование в одном помещении должны быть в одной электроцепи, которая соединяется с контуром заземления минимум в 2 точках;
• подача трапа к самолету, открытие автоцистерн и т. п. мероприятия проводится только после присоединения к ним заземления;
• используемые резиновые шланги для налива жидких веществ оснащаются проволокой и наконечниками из меди.

Элементы молниезащиты должны регулярно проверяться и по необходимости ремонтироваться. Специалисты рекомендуют проводить проверку:

• надежности связи между токоведущими частями молниезащиты,
• наличия механических, коррозионных повреждений частей системы защиты;
• сопротивления всех заземлителей.

Как удалить статическое электричество

Статическое электричество возникает в результате неравенства зарядов (отрицательного и положительного) между двумя объектами. При разряде возникает искра. Этот процесс вызывает раздражительное действие на организм человека, иногда довольно ощутимое.

Как же свести к минимуму это потрясение? Нужно не забывать и придерживаться следующих правил:

1. Ограничить контакт между движущимися телами.

Тело является пунктом сбора статического заряда (изначально заблокированный, не имеющий выхода), происходит сбор свободных электронов. Особенно это наблюдается при трении (ногами об ковер и т.д.).

2. Поместить слой хлопка между материалами, склонными проводить статическое электричество. Бумага, пластмассы и синтетические материалы являются эффективными генераторами статического электричества, а также волосы, одежда и обувь некоторых производителей.

3. Для хождения по коврам необходимо поэкспериментировать с заменой подошв домашней обуви, применять к коврам антистатические средства.

4. При уходе за волосами по возможности увлажнять и пользоваться феном со встроенным ионным излучателем.

5. Большую роль в возникновении статического электричества играет влажность воздуха.

6. В помещениях с хорошей изоляцией, с использованием кондиционеров и нагревательных приборов, как правило, влажность низкая, а электростатический эффект довольно высокий.

Необходимо:
— установить увлажнитель воздуха
— вывешивать контейнера с водой около нагревателей
— открывать окна для проветривания.

7. Статические заряды также скапливаются в проводах и кабелях приличной длины, отключенных от сети и потребителей.

8. При работе с чувствительными электронными компонентами или с легковоспламеняющимися летучими веществами статические разряды могут вызвать катастрофические неисправности в электронных схемах и воспламенять горючие вещества.

Необходимо принять меры предосторожности:
— Для работы с электроникой есть специальные браслеты, которые надеваются на запястье и соединяются с заземленной частью устройства.
Внимание! Нельзя одевать браслеты при работе с электронно – лучевыми трубками телевизоров и мониторов.
— Если у вас нет никаких браслетов, то при работе, например, с компьютером надо не забывать, постоянно держаться или прислоняться открытыми частями рук к корпусу системного блока, который является «землей» для Вас и электронных компонентов.
— Электростатические процессы довольно сложно поддаются контролю, для этого созданы профессиональные устройства на основе использования альфа – излучающих компонентов, содержащих Полоний.

Советы:

— Чтобы уменьшить шок, прикасайтесь менее чувствительными тыльными частями ног или рук.
— С помощью распылителя с водой увлажнить воздух и ковровые покрытия.
— Для того, чтобы безболезненно снять заряд с тела, нужно взять в руки металлический предмет (связку ключей) и коснуться заземленной поверхности (трубы, радиатор отопления).
— Удаление волос на ногах намного снижает возникновение статического электричества.

Как выйти из автомобиля, не получив статического разряда

Есть простые способы предотвращения этих неприятностей:

1. Одежда из синтетических материалов – первая причина возникновения статического электричества.
2. Тоже самое можно сказать и про обувь: пляжные тапки с соленой водой на подошве является накопителем зарядов.
3. При выходе из автомобиля до того, как вы коснулись земли, необходимо держаться за кузов. А еще лучше взяться за металл до того, как вы начали подниматься с кресла автомобиля.
4. Применяйте антистатические манжеты, если это возможно. Они обеспечивают заземляющее действие.

Советы:

— При выходе из автомобиля дотроньтесь до стекла – это уменьшит вероятность разряда.

— Используйте антистатические средства для кресел и ковриков автомобиля.

— Также можно коснуться связкой ключей после выхода из автомобиля.

— Прикасайтесь тыльной стороной руки. Это менее болезненно, нежели пальцами.

— Не забывайте, что электростатический заряд воспламеняет горючие материалы, в частности бензин.

Серьезно отнеситесь к уничтожению статического электричества в вашем автомобиле, т.к. пары бензина находятся в непосредственной близости (горловина бензобака, заправочная станция, канистра в гараже). Будьте внимательны!

 

Витамины как средство борьбы со статическим электричеством | Научные открытия и технические новинки из Германии | DW

Проявления статического электричества известны, я полагаю, всем без исключения. Ведь, скажем, молния — это не что иное, как атмосферный искровой разряд между грозовыми облаками — носителями статического электричества. Но и в быту мы то и дело сталкиваемся с явлениями той же природы: волосы электризуются при расчесывании их пластмассовым гребнем; снимая с себя синтетическую одежду, мы слышим потрескивание разрядов, а в темноте увидим и искры; пройдясь по шерстяному ковру и дотронувшись до металлического предмета (холодильника, батареи отопления, дверной ручки и т.п.), мы, скорее всего, почувствуем легкий удар током.

Впрочем, можем и не почувствовать: ведь хотя такие электростатические разряды происходят при напряжении в десятки тысяч вольт, сила протекающего при этом тока ничтожна, чем, собственно, и объясняется их безвредность для человека.

Статическое электричество — бич электронной отрасли

При этом физические явления, так или иначе связанные со статическим электричеством, причиняют гигантские убытки промышленности, говорит Бартош Гжибовски (Bartosz Grzybowski), профессор Северо-Западного университета в Эванстоне, штат Иллинойс: «Накопление на поверхности электронной микросхемы статического электричества может привести к искровому разряду. И нередко этого разряда оказывается достаточно, чтобы привести микросхему в негодность, попросту сжечь ее, а иногда даже вызвать крупный пожар».

«Мало того, ситуация в электронной отрасли из года в год обостряется, поскольку продолжающаяся миниатюризация требует все более компактных, а значит, и гораздо более чувствительных к таким разрядам схем, — отмечает Гжибовски. — Со сходной проблемой сталкивается и производство полимерных пленок. При сматывании в рулоны такие пленки накапливают статическое электричество, а искровой разряд нередко принимает форму самого настоящего взрыва».

Свободные радикалы стабилизируют электрический заряд

Как это ни удивительно, многие детали механизма, приводящего к образованию статического электричества, оставались до сих пор практически неизученными. А все методы борьбы с этим явлением сводились к тому, чтобы отвести опасный заряд, дать ему стечь. Скажем, компьютерные микросхемы принято паковать в токопроводящую фольгу. И вот теперь профессор Гжибовски и его коллеги присмотрелись к статическому электричеству более внимательно и обнаружили много интересного и неожиданного. Их статья опубликована в журнале Science.

Ученый поясняет: «В дополнение к электрическому заряду на поверхности двух полимерных изделий, если их, скажем, потереть друг о друга, образуются еще и свободные радикалы. Оказалось, что именно эти химически активные молекулы стабилизируют заряд, не дают ему стечь, в результате чего он накапливается. И тогда у нас родилась идея: бороться не с самим статическим электричеством, а с поддерживающими его радикалами, ведь без них никакого накопления заряда не происходило бы».

Витаминсодержащее покрытие — надежная защита микросхем

А как бороться со свободными радикалами? На этот вопрос исследователи дали ответ, который на первый взгляд ошеломляет, но при ближайшем рассмотрении представляется, в общем-то, вполне логичным: с помощью витаминов. Ведь в биологии, в том числе и в организме человека, именно витамины давно известны как высокоэффективные антиоксиданты.

Поэтому профессор Гжибовски решил бороться со статическим электричеством путем нанесения на соответствующие изделия витаминсодержащего покрытия: «Оно буквально пожирает радикалы, — говорит исследователь. — В результате статические заряды теряют способность накапливаться. Мы испытали это на двух электронных микросхемах: на одну нанесли защитное полимерное покрытие без витамина, на другую — такое же покрытие с витамином Е, а затем обе микросхемы статически зарядили. Чип с покрытием без витамина сгорел, чип с витаминсодержащим покрытием остался цел и невредим».

Простое решение старой проблемы

Ясно, что новая технология защиты от статического электричества заинтересует, прежде всего, производителей микросхем, компьютеров, бытовой электроники, а также изделий из полимеров. Но этим перечень потенциальных потребителей витаминсодержащего покрытия не ограничивается, говорит ученый: «Мы даже уже беседовали с людьми из косметической отрасли. Речь шла о производстве на основе нашей технологии такого спрея для волос, который препятствовал бы образованию статического заряда при их расчесывании».

Стоит ли удивляться тому, что профессор Гжибовский поспешил запатентовать свое открытие, которое сулит изрядные доходы. Возникает вопрос: что предстоит еще сделать для успешного вывода новой технологии на рынок? «Ничего, все уже готово, — говорит ученый. — Внедрить молекулы витамина в полимерный материал — дело несложное, тут никаких трудностей не возникнет. Похоже, нам действительно посчастливилось найти очень простое и эффективное решение очень старой проблемы».

Статическое электричество — влияние на качество печати

Новости

26 ноября 2018

Статическое электричество — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или на изолированных проводниках.  

Рассмотрим яркий пример того, как статическое электричество влияет на работу широкоформатного принтера.

При печати мы не раз замечали небольшие ореолы вокруг изображения. Этот эффект называют пылением. Статика может быть одной из причин такого эффекта, особенно если печать производится на оборудовании с маленькой переменной каплей. Или на материалах склонным к накоплению статики, это заметно на самоклеющейся ПВХ-пленке, и особенно заметен на вспененном ПВХ-пластике, так при отделении защитной пленки от пластика слышны и видны разряды статического электричества, на баннерах такой эффект слабо заметен.

Ареолы возникают из-за того что статическое электричество отклоняет капли чернил от заданной прямолинейной траектории и они разлетаются в стороны, особенно это становится заметно на границе цветовых заливок, при печати мелких элементов, текста.

Накоплению статического электричества способствуют как сам материал, при трении между слоями в процессе размотки рулонного материала, или при отделении листового материала от основной стопки, или при снятия защитной пленки с листового материала, а также низкая влажность в помещении.

Зачастую явление статического электричества в печати просто приводит к браку материала, но в дальнейшей эксплуатации широкоформатного принтера, либо подобного аппарата, могут возникнуть более серьезные проблемы проблемы. Статика может вывести из строя материнскую плату, плату управления голов, а в худшем случае может привести к замыканию и выходу из строя печатающей головки В частности элементы плат частично выходят из строя, что вполне оправданно считается еще более опасным, т.к. поломка проявляется не сразу, а в процессе работы оборудования. Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Именно низкие значения тока не дают статическому заряду нанести человеку вред, когда происходит мгновенный разряд. Но ток при разряде выделяет тепло, которое может привести к разрыву соединений, «подкорачиванию» контактов и повреждению дорожек плат. Высокое напряжение «съедает» тончайшую оксидную пленку на полевых транзисторах и других элементах, имеющих такое покрытие. Эти напряжения представляют опасность для деталей различных электронных приборов — микропроцессоров, транзисторов и т. п.

Чтобы избавиться от статического электричества и снизить его пагубное воздействие к минимуму, обязательно необходимо заземлить корпус станка, поддерживать влажность в помещении в диапазоне рекомендуемых 60-70%, а при работе с сильно накапливающими заряд материалами, как вспененный ПВХ пластик с пленочным защитным покрытием, станок необходимо укомплектовать ионизатором.

© 2018 САЙН СЕРВИС. Все права защищены.

Любое копирование информации с сайта sign-service.ru должно производится с ссылкой на источник и с согласия администрации ресурса.

P.S. Возможно, Вы решите купить фрезерные граверы в Москве, тогда сделать это на лучших условиях Вы можете в нашей компании. Все, что Вам для этого нужно — это просто написать в форму обратной связи, или позвонить по указанным на сайте телефонным номерам. После этого, наши опытные менеджеры свяжутся с Вами и ответят на все интересующие вопросы, подскажут по наличию товара и другим интересующим Вас моментам. Будем рады взаимовыгодному и плодотворному сотрудничеству! Безукоризненное качество наших изделий несомненно Вам понравится и они прослужат Вам очень длительное время!

Статическое электричество и антистатическая ESD одежда

Статическое электричество возникает вследствие сохранения зарядов электростатического поля на диэлектрических материалах. Оно отрицательно влияет на жизнь человека и эксплуатацию электрических устройств. Образование искр от статического электричества способствует пожарам и взрывам. Мощности энергии вполне хватит для возгорания газовоздушных смесей и пыли.

---

Статическое электричество — невидимый «киллер», наносящий ощутимые убытки при недооценке его силы. Сегодня оснащение электронных производств средствами антистатической защиты стало стандартом (IEC 61340-5-1). Потому что с ростом степени интеграции и уменьшением размеров элементов на кристалле повышается уязвимость самых сложных и дорогостоящих микросхем к повреждению статическим электричеством.

ESD (Electrostatic Discharge) — электростатический разряд — передача электростатического заряда между объектами с разными электростатическими потенциалами, происходящая через непосредственное контактирование объектов или индуцированная электростатическим полем. Внутри ESD-защищенной зоны (EpA) не должно быть разностей потенциалов более 100 В/см. Следует использовать только антистатические материалы, обеспечить достаточную влажность и надежное заземление, удалить не заземляемые изделия и материалы. Человек является основным «генератором» статического заряда в рабочей зоне, поэтому индивидуальные средства ESD-защиты являются одним из ключевых пунктов любой антистатической программы. Все международные стандарты, включая общеевропейский IEC 61340-5-1, подчеркивают необходимость использования специальной одежды и обуви как непосредственно на рабочем месте, так и в любой EsD-защищенной зоне предприятия. Заземление при помощи браслета не предотвращает генерации заряда на обыкновенной (в том числе нижней) одежде человека.

Антистатическая одежда выполняет следующие функции защиты:

• предотвращение генерации заряда на одежде при трении;
• предотвращение неконтролируемого разряда статического электричества с обычной одежды оператора на чувствительные элементы в рабочей зоне;
• используется как вторичное средство заземления персонала благодаря тому, что при контакте халата с проводящим покрытием сиденья и спинки антистатического стула заряд стекает через них на землю;
• В соответствии со европейским стандартом IEC61340-5-1, время стекания заряда с предметов антистатической одежды от напряжения 1000 В до 100 В не должно превышать двух секунд.

Наиболее популярными предметами антистатической одежды являются халаты с длинным рукавом, белого или синеватого цвета. Ткань для ESD-одежды содержит 65% полиэстера, 34% хлопока, 1% проводящего волокна.

Такая антистатическая одежда как халат выполняет три важных функции в системе комплексной защиты от статического электричества:

1. Экранирует внешние объекты от воздействия электростатических полей, возникающих на внутренней одежде при трении.
   Вниманиe: на рабочем месте халат должен быть постоянно застегнут на все пуговицы (в американском стандарте ANSI/ESD S20.20 это требование указано даже отдельным пунктом), иначе его экранирующая роль сведется к минимуму.
2. Служит проводником для стекания заряда на землю с тела работника через антистатическую обивку сиденья и спинки стула.
   Внимание: халат не заменяет собой первичные средства, такие как наручный браслет или антистатическая обувь.
3. Рассеивает (то есть не генерирует и не аккумулирует) трибоэлектрический заряд.
   Внимание: этим свойством в большей мере обладают халаты с основой из хлопка без синтетических добавок.

Для реализации перечисленных функций в ткань антистатической одежды вплетена тонкая сетка из токопроводящей карбоновой (неметаллической) нити, хорошо различимая на фоне белой ткани в виде регулярных квадратов. Одежда с антистатическим эффектом маркируется на видном месте стандартным черно-желтым ESD-символом с изображением кисти руки в треугольнике под полуокружностью. В соответствии со стандартом IEC61340-5-1 время стекания заряда с предметов антистатической одежды от напряжения 1000 В до 100 В не должно превышать двух секунд; у изделий высшего качества оно обычно не превышает одной секунды.

К антистатическим аксессуарам правомочно можно отнести и перчатки из чистого хлопка, минимизирующие генерацию статического заряда.

Введение на предприятии программы контроля статического электричества, возможно, является одной из лучших инвестиций в область управления качеством продукции. Капиталовложения в реализацию мер по защите от статического электричества компенсируются повышением процента выхода годных изделий и снижением расходов на гарантийное обслуживание. Нередко они являются обязательным условием для сертификации производств и ремонтных мастерских.

Наука о статике: насколько хорошо разные материалы создают статическое электричество?

Bring Science Home

Упражнение с электрическим зарядом от Science Buddies

Реклама

Ключевые концепции
Электричество
Материалы
Электропроводность
Электроны

Введение
Вы когда-нибудь замечали, что некоторые типы одежды более подвержены статическому электричеству, чем другие? Например, шерстяной свитер может сильно прилипать к статическому электричеству, но одежда из хлопка прилипает не так сильно. Насколько хорошо другие материалы в доме производят статическое электричество? В этом научном задании вы исследуете это, сделав простой самодельный электроскоп (прибор, обнаруживающий электрические заряды) и проверив его. Результаты могут вас шокировать!

Фон
Статическое электричество — это накопление электрического заряда на объекте. Этот заряд может внезапно разрядиться (например, когда в небе вспыхивает молния) или может привести к притяжению двух объектов друг к другу.Сцепляющиеся друг с другом носки, только что вынутые из сушилки, являются хорошим примером этого притяжения в действии. В частности, статическое прилипание — это притяжение между двумя объектами с противоположными электрическими зарядами, одним положительным и одним отрицательным.

Статическое электричество может быть создано путем трения одного предмета о другой предмет. Это происходит потому, что трение высвобождает отрицательные заряды, называемые электронами, которые могут накапливаться на одном объекте, создавая статический заряд. Например, когда вы шаркаете ногами по ковру, электроны могут переходить на вас, создавая статический заряд на вашей коже.Вы можете внезапно разрядить статический заряд в виде электрического разряда, когда прикоснетесь к другу или каким-либо предметам.

В то время как объекты с противоположным зарядом притягиваются друг к другу (например, липкие свежевысушенные носки), объекты с одинаковым зарядом отталкиваются. Этот принцип используется при создании электроскопа — научного прибора, обнаруживающего электрические заряды.

Материалы

• Стакан из пенополистирола
• Острый карандаш или шпажка
• Пластиковая трубочка для питья
• Алюминиевый противень
• Лента
• Глина (по желанию)
• Ножницы
• Резьба
• Алюминиевая фольга
• Пластина из пенополистирола (В качестве альтернативы подойдет и крышка из пенополистирола от контейнера для еды на вынос. )
• Воздушный шар
• Стол или стол из неметалла (Подойдет, например, деревянный, пластиковый или стеклянный стол или стол).
• По крайней мере, один материал для тестирования (он должен быть не больше пластины или его можно сложить, чтобы он был маленьким и мог лежать ровно. Некоторые из различных материалов, которые вы можете проверить, включают полиэстер, нейлон, хлопок, шерсть, шелк, алюминий, полиэтиленовая пленка, медь, дерево и папиросная бумага.)

Подготовка

• Чтобы сделать самодельный электроскоп, сначала проделайте два отверстия возле дна чашки из пенополистирола (на противоположных сторонах чашки), например, протолкнув чашку острым карандашом или шпажкой.(Всегда проявляйте осторожность и помощь взрослых при манипуляциях с острыми предметами.) Протолкните пластиковую соломинку через оба отверстия.
• Затем используйте скотч или четыре маленьких глиняных шарика, чтобы прикрепить отверстие чашки к алюминиевой сковороде (переворачивая чашку вверх дном). Если вы используете глину, приклейте четыре маленьких глиняных шарика (каждый примерно полдюйма в диаметре) к краю чашки, затем переверните чашку вверх дном и прикрепите ее к алюминиевой сковороде. Отрегулируйте положение соломинки так, чтобы один конец соломинки находился прямо над краем поддона.
• Отрежьте кусок нити длиной примерно в два или три раза больше, чем расстояние между соломкой и краем сковороды. Завяжите на одном конце нити несколько узлов.
• Вырежьте квадрат толщиной один дюйм из алюминиевой фольги. Сделайте им клубок вокруг узлов на нити. Мяч должен быть размером с шарик или меньше и быть достаточно тугим, чтобы не упасть с нити.
• Прикрепите нить к кончику соломинки так, чтобы клубок фольги свешивался прямо с соломки, едва касаясь края кастрюли. Как вы думаете, почему важно, чтобы мяч касался сковороды? При необходимости отрегулируйте положение соломинки. (Если конец нити без шарика свисает вниз и касается сковороды, обрежьте его так, чтобы он не касался сковороды. )
• Ваш самодельный электроскоп готов к тестированию! При работе с электричеством соблюдайте меры предосторожности и остерегайтесь поражения электрическим током.

Процедура

• Чтобы проверить свой электроскоп, создайте статическое электричество, потерев надутый шар о пластину из пенополистирола.Несколько раз протрите пластину из пенополистирола воздушным шариком. Как вы думаете, как это создает статическое электричество?
• Быстро поместите электрически заряженную пластину на стол или стол (не металлический). Затем поместите сделанный вами электроскоп на пластину. Держите электроскоп только за чашку из пенополистирола, а не за алюминиевый поддон, иначе он не сработает! Как вы думаете, почему?
• Вы должны увидеть, как шарик из алюминиевой фольги отодвигается от края сковороды. Как вы думаете, почему мяч так движется? Вы можете объяснить, что происходит?
• Теперь коснитесь мяча пальцем. Что происходит?
• Теперь, когда вы знаете, что ваш электроскоп работает, вы можете использовать его для проверки статического электричества, присутствующего в других материалах. Для этого сначала разрядите электроскоп, коснувшись сковороды пальцем. Затем несколько раз протрите баллончиком материал, который вы хотите протестировать, чтобы зарядить материал. Затем быстро поднимите электроскоп (удерживая его за чашку из пенополистирола) и поместите тестируемый материал на пластину из пенополистирола так, чтобы материал лежал на пластине.Убедитесь, что материал не касается стола. Затем поместите электроскоп на объект. Что происходит с шариком из алюминиевой фольги? Как вы думаете, почему это так?
• Снова коснитесь мяча пальцем. Что происходит на этот раз?
• Согласно вашим наблюдениям, мог ли исследуемый вами материал удерживать статический электрический заряд?
• Extra: Используйте самодельный электроскоп, чтобы проверить еще больше материалов. Какие из них могут удерживать статический заряд, а какие нет?
• Дополнительно: Вы также можете использовать свой электроскоп, чтобы исследовать, какие материалы проводят больше всего статического электричества. Это связано с тем, что чем дальше алюминиевый шар отодвигается от алюминиевого поддона, тем больше заряд исследуемого материала. Какие обычные бытовые материалы могут накапливать наибольший электрический заряд; какие из них меньше всего?
• Дополнительно: Некоторые объекты становятся отрицательно заряженными, а другие — положительно заряженными статическим электричеством.Попробуйте найти способ исследовать это. Обнаруживает ли этот вид электроскопа оба типа? Как определить разницу между ними?
• Extra: Статическое электричество плохо, когда оно попадает в вашу одежду! Попробуйте поэкспериментировать, потерев предмет мягким слоем для сушки (например, Bounce) после того, как натерете предмет о воздушный шар. Как работают сушильные листы? Что происходит с показаниями электроскопа после трения заряженным предметом о лист сушилки? Как можно сравнить разные листовые сушильные изделия?

Наблюдения и результаты
Отодвинулся ли алюминиевый шарик электроскопа от посуды, когда вы поместили электроскоп на заряженную пластину из пенополистирола? Другой материал, который вы тестировали, вел себя аналогичным образом или вообще не двигал мячом?

Когда объект, такой как пластина из пенополистирола, становится электрически заряженным, он может быть как положительным, так и отрицательным.(Если у объекта много электронов, он заряжен отрицательно; если у него мало электронов, он имеет положительный заряд. Будет ли объект иметь или терять электроны, зависит от типа материала, из которого он сделан.) Когда заряженный объект (например, заряженная пластина из пенополистирола) касается алюминиевого поддона электроскопа, заряд (или электроны) легко перемещается через металлический поддон. Поскольку алюминиевый шар касается сковороды, шар приобретает тот же заряд, что и сковорода — они либо положительные, либо отрицательные.Поскольку объекты с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга, мяч отталкивается от посуды. Материалы, которые имеют тенденцию приобретать или терять электроны, включают шерсть, человеческие волосы, сухую кожу, шелк, нейлон, папиросную бумагу, полиэтиленовую пленку и полиэстер — и при тестировании этих материалов вы должны были обнаружить, что они перемещали алюминиевый шар так же, как пластина из пенополистирола. делал.

Больше для изучения
Что такое статическое электричество ?, из Science Made Simple
Влияние материалов на статическое электричество, из Школы чемпионов Рона Куртуса,
Электроскоп, из PBS Kids
Как разные материалы реагируют на статическое электричество?, Из Science Друзья

ОБ АВТОРЕ (-АХ)

Последние статьи от Science Buddies

Прочтите следующее

Информационный бюллетень

Станьте умнее.

Подпишитесь на нашу новостную е-мэйл рассылку.

Поддержите научную журналистику

Откройте для себя науку, меняющую мир. Изучите наш цифровой архив 1845 года, содержащий статьи более 150 лауреатов Нобелевской премии.

Подпишитесь сейчас!

Статическое электричество — Science World

Цели

• Опишите движение электронов от одного материала к другому.

• Определите результирующий заряд двух материалов, трущихся друг о друга.

• Объясните, как статический заряд заставляет материалы притягиваться или отталкиваться друг от друга.

Материалы

Фон

Все, что мы видим, состоит из крошечных частиц материи, называемых атомов . Атомы состоят из еще более мелких частей, называемых протонами, электронами и нейтронами. В атоме обычно одинаковое количество протонов и электронов, но иногда электроны можно отодвинуть от своих атомов.

Если вы, например, расчесываете волосы, электроны покидают атомы и молекулы в волосах и переходят к пластиковому гребню. Расческа, покрытая отрицательно заряженными электронами, также становится отрицательно заряженной, а ваши волосы остаются с положительным зарядом. Это «разделение зарядов» является причиной совокупности эффектов, которые мы называем статическим электричеством .

Если два объекта имеют разные заряды, они притягиваются (или притягиваются) друг к другу. Если два объекта имеют одинаковый заряд, они отталкиваются (или отталкиваются) друг от друга.После того, как вы причесались, все волосы будут заряжены одинаковым положительным зарядом. Поскольку предметы с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга, волосы пытаются отойти друг от друга, вставая вверх и от всех остальных волос, в результате чего у вас получается очень забавная прическа!

Другой пример: если вы идете по ковру, электроны переходят с ковра на вас. Теперь у вас есть лишние электроны. Если на вас накапливаются лишние электроны, они вылетят, когда вы коснетесь такого объекта, как дверная ручка, и сотрясете вас.Поражение происходит в результате быстрого получения или потери электрического заряда.

Когда заряженный объект приближается к нейтральному материалу, электроны на нейтральном материале будут двигаться либо к заряженному объекту (если он имеет положительный заряд), либо от заряженного объекта (если он имеет отрицательный заряд). Другими словами, нейтральный материал «улавливает» заряд на своей ближней и дальней стороне, относящийся к заряженному объекту. Это явление называется индуцированным зарядом . В результате обычно нейтральный материал будет иметь небольшой заряд, когда он находится рядом с заряженным объектом, и этого достаточно для притяжения двух.
Электростатические заряды не возникают из-за трения, хотя многие предполагают, что это так.

Если вы потрете воздушным шариком о голову или волочите ноги по ковру, то накопится заряд, как и при обычной ходьбе или многократном касании головы воздушным шариком! Это простой контакт между двумя разными материалами, который заставляет заряд перемещаться от одного объекта к другому. Трение материалов друг в друга может помочь перемещать заряд быстрее, потому что контактирует с большей площадью поверхности.Трение тут ни при чем.

При выполнении любого из этих действий важно учитывать погоду: влажность в воздухе может затруднить накопление зарядов, что приведет к неожиданному поведению экспериментов!

Лучшая «статичная» погода — ясная, солнечная и прохладная.

Словарь

атом — частица материи, состоящая из протонов, электронов и нейтронов
электрон — субатомная частица, имеющая отрицательный электрический заряд.
Электроскоп — Устройство, обнаруживающее электрический заряд.
индуцированный заряд — Разделение зарядов внутри нейтрального объекта, вызванное близостью заряженного объекта.
протон — субатомная частица с положительным электрическим зарядом.
статическое электричество — Электрические эффекты, вызванные дисбалансом заряда между отрицательно заряженным объектом и положительно заряженным объектом.
Трибоэлектрическая серия — Список, в котором различные материалы ранжируются по их склонности к получению или потере электронов.

Другие ресурсы

г. до н.э. Hydro | Power Smart для школ

Как работает материал | Как работают генераторы Ван де Граафа

Чтобы приобрести клюшку или генератор Ван де Граафа: Arbor Scientific

То, что вы узнали о статическом электричестве, неверно

Джон Тиммер, Ars Technica

Для многих из нас статическое электричество — одно из первых столкновений с электромагнетизмом, и оно является одним из основных элементов физики в средней школе.Обычно это объясняется как результат передачи электронов в одном направлении между непохожими веществами, такими как стекло и шерсть, или воздушным шаром и хлопковой футболкой (в зависимости от того, проводится ли демонстрация в классе старшей школы или на детской вечеринке). Нам часто говорят, что различные вещества имеют тенденцию накапливать положительные или отрицательные заряды, и этот процесс не передает большой заряд, но этого достаточно, чтобы воздушный шар прилип к потолку или кого-то шок в холодный, сухой день.

[partner align = «right»] Согласно статье, опубликованной в сегодняшнем выпуске Science , почти все это неверно.Заряды могут передаваться между идентичными материалами, все материалы ведут себя примерно одинаково, заряды являются продуктом химических реакций, и каждая поверхность становится лоскутным одеялом из положительных и отрицательных зарядов, уровень которых в тысячу раз превышает средний заряд поверхностей.

С чего начать? Авторы начинают около 2500 лет назад, отмечая, что изучение статики началось с грека по имени Фалес Милетского, который создал ее с помощью янтаря и шерсти. Но только в прошлом году некоторые из авторов новой статьи опубликовали удивительный результат: контактная электризация (как это явление известно среди его технически ориентированных поклонников) может происходить между двумя листами одного и того же вещества, даже если они ‘ им просто разрешено лечь друг на друга.«Согласно общепринятому взгляду на контактную электризацию, — отмечают они, — этого не должно происходить, поскольку химические потенциалы двух поверхностей / материалов идентичны и, по-видимому, нет термодинамической силы, способствующей переносу заряда».

Одно из возможных объяснений этого состоит в том, что поверхность материала, вместо того, чтобы быть однородной со статической точки зрения, представляет собой мозаику областей донорства и приема заряда. Чтобы выяснить это, они провели контактную электрификацию с использованием изоляторов (поликарбонат и другие полимеры), полупроводника (кремний) и проводника (алюминия).Затем заряженные поверхности сканировали с очень высоким разрешением с использованием силовой микроскопии Кельвина, разновидности атомно-силовой микроскопии, которая позволяет считывать количество заряда на поверхности.

Сканирование с помощью силовой микроскопии Кельвина показало, что полученные поверхности представляют собой мозаику с областями положительных и отрицательных зарядов размером порядка микрометра или меньше в поперечнике. Все протестированные ими материалы, независимо от того, какой общий заряд они набрали, имели этот мозаичный узор. Заряды со временем рассеиваются, и авторы обнаружили, что этот процесс, похоже, не происходит за счет переноса электронов между соседними областями с разным зарядом — вместо того, чтобы размываться в окружающее пространство, пики и впадины заряда остаются отчетливыми, но медленно уменьшаются в размерах. .По оценкам авторов, каждая из этих областей содержит около 500 элементарных зарядов (это ± 500 электронов) или около одного заряда на каждые 10 нм ² .

Причина относительно слабого заряда заключается не в том, что эти пики и впадины малы; разница в заряде между ними примерно в 1000 раз больше, чем средний заряд всего материала. Просто общая площадь сайтов с положительным и отрицательным зарядом примерно одинакова (обычно они находятся в пределах долей процента друг от друга).Распределение кажется полностью случайным, поскольку авторам удалось создать аналогичные узоры с генератором белого шума, который колебался на двух шкалах длины: 450 нм и 44 нм.

Секрет статического электричества? Это шокирует | Наука

Потрите голову воздушным шариком, и волосы встанут дыбом. Почти все это сделали или, по крайней мере, видели. Но даже несмотря на то, что статическое электричество впервые было обнаружено древними греками, ученые до сих пор не знают, почему при трении определенных материалов друг с другом возникает электрический заряд.Теперь у них может быть ответ.

В отличие от электрического тока, протекающего по линии электропередачи, статическое электричество остается неизменным. Это связано с тем, что этот тип электричества (также известный как трибоэлектричество) обычно накапливается в материалах, которые не очень хорошо проводят заряд, таких как резина или пластик, что приводит к его застреванию. Эти изоляторы накапливают статический заряд при трении друг о друга.

В новом исследовании, исследователи изучали другое электрическое явление, называемое флексоэлектричеством, и задавались вопросом, может ли оно объяснить, как трение генерирует статическое электричество.Флексоэлектрический эффект — это спонтанное появление электрических полей во время непрерывного, но непостоянного изгиба или изгиба в наномасштабе, как если бы вы случайно провели пальцем по зубьям пластиковой расчески.

В этом крошечном масштабе даже гладкие объекты изобилуют выступающими частями и бобами. Команда обнаружила, что когда два объекта трутся друг о друга, эти крошечные выступы изгибаются, и из-за флексоэлектрического эффекта это вызывает накопление статического электричества, о чем они сообщают сегодня в журнале Physical Review Letters ().Новое объяснение также поясняет, почему изоляторы из одного и того же материала все еще генерируют напряжение при трении друг о друга. Это сбило с толку ученых, которые думали, что накопление статического заряда может быть связано с внутренними различиями между двумя материалами, натертыми друг на друга.

Пластмассы особенно хорошо генерируют статическое электричество, как показывают результаты. Это новое понимание может помочь инженерам оптимизировать материалы для производства большего количества статического электричества и использовать его для таких вещей, как зарядка носимых устройств.Полученные данные также могут помочь повысить безопасность в таких местах, как нефтеперерабатывающие заводы, где даже искра может вызвать катастрофический взрыв.

Откуда берется статическое электричество и как оно работает

Статическое электричество — неотъемлемая часть повседневной жизни. Это повсюду вокруг нас, иногда забавное и очевидное, например, когда волосы встают дыбом, иногда скрытые и полезные, как когда они запряжены электроникой в ​​вашем мобильном телефоне. Сухие зимние месяцы — высокий сезон для досадного недостатка статического электричества — электрических разрядов, подобных крошечным ударам молнии, всякий раз, когда вы касаетесь дверных ручек или теплых одеял, только что вынутых из сушилки для белья.

Статическое электричество — одно из старейших научных явлений, которые люди наблюдали и описывали. Греческий философ Фалес Милетский сделал первый отчет; в шестом веке до нашей эры. Он отметил, что если натереть янтарь достаточно сильно, к нему начнут прилипать мелкие частицы пыли. Триста лет спустя Теофраст продолжил эксперименты Фалеса, натерев различные виды камней, а также обнаружил «силу притяжения». Но ни один из этих натурфилософов не нашел удовлетворительного объяснения увиденному.

Прошло еще почти 2000 лет, прежде чем было впервые придумано английское слово «электричество», основанное на латинском «electricus», что означает «подобный янтарь». Некоторые из самых известных экспериментов были проведены Бенджамином Франклином в его стремлении понять основной механизм электричества — что является одной из причин, почему его лицо улыбается от 100-долларовой банкноты. Люди быстро осознали потенциальную пользу электричества.

Конечно, в 18 веке люди в основном использовали статическое электричество в фокусах и других представлениях.Например, «эксперимент с летающим мальчиком» Стивена Грея стал популярной публичной демонстрацией: он использовал лейденскую банку, чтобы зарядить молодежь, подвешенную на шелковых шнурах, а затем показывал, как он может переворачивать страницы книги с помощью статического электричества или поднимать небольшой объекты, просто используя статическое притяжение.

Опираясь на идеи Франклина, в том числе его осознание того, что электрический заряд бывает положительным и отрицательным, и что общий заряд всегда сохраняется, мы в настоящее время понимаем на атомном уровне, что вызывает электростатическое притяжение, почему оно может вызывать мини-молнии и как использовать то, что может доставлять неудобства, в различных современных технологиях.

Что это за крошечные искры?

Статическое электричество сводится к силе взаимодействия между электрическими зарядами. В атомном масштабе отрицательные заряды переносятся крошечными элементарными частицами, называемыми электронами. Большинство электронов аккуратно упаковано внутри материи, будь то твердый и безжизненный камень или мягкая живая ткань вашего тела. Однако многие электроны также находятся прямо на поверхности любого материала. Каждый материал удерживает эти поверхностные электроны со своей собственной характеристической силой.Если два материала трутся друг о друга, электроны могут вырваться из «более слабого» материала и оказаться на материале с более сильной силой связи.

Этот перенос электронов — то, что мы называем искрой статического электричества — происходит постоянно. Печально известные примеры — это дети, скатывающиеся с горки на игровой площадке, шаркающие ноги по ковру или кто-то, снимающий шерстяные перчатки, чтобы пожать руку.

Но мы чаще замечаем его действие в засушливые зимние месяцы, когда воздух имеет очень низкую влажность.Сухой воздух является электрическим изолятором, а влажный воздух — проводником. Вот что происходит: в сухом воздухе электроны захватываются на поверхности с большей силой связи. В отличие от влажного воздуха, они не могут найти путь обратно к поверхности, откуда они пришли, и они не могут снова сделать распределение зарядов однородным.

Статическая электрическая искра возникает, когда объект с избытком отрицательных электронов приближается к другому объекту с меньшим отрицательным зарядом — и избыток электронов достаточно велик, чтобы электроны «подпрыгивали».«Электроны текут от того места, где они скопились — например, на вас после того, как вы прошли по шерстяному ковру — к следующему предмету, с которым вы соприкасаетесь, не имеющему избытка электронов — например, к дверной ручке.

Когда электронам некуда деться, заряд накапливается на поверхности — пока не достигнет критического максимума и разрядится в виде крошечной молнии. Дайте электронам место для движения — например, вытянутый палец — и вы наверняка почувствуете удар.

Сила мини-искр

Хотя иногда это раздражает, величина заряда статического электричества обычно довольно мала и довольно невинна.Напряжение может примерно в 100 раз превышать напряжение типичных розеток. Однако об этих огромных напряжениях не о чем беспокоиться, поскольку напряжение — это всего лишь мера разницы в зарядах между объектами. «Опасная» величина — это ток, который показывает, сколько электронов течет. Поскольку обычно в статическом электрическом разряде передается всего несколько электронов, эти разряды довольно безвредны.

Тем не менее, эти маленькие искры могут быть фатальными для чувствительной электроники, например, аппаратных компонентов компьютера.Небольшого тока, переносимого всего несколькими электронами, может быть достаточно, чтобы случайно их поджарить. Вот почему работники электронной промышленности должны оставаться «заземленными». Быть заземленным означает просто поддерживать проводное соединение с землей, что для электронов выглядит как «дом» по пустой магистрали. Заземлиться легко, прикоснувшись к металлическому компоненту или держа ключ в руке. Металлы — очень хорошие проводники, поэтому электроны с радостью отправляются туда.

Более серьезная угроза — электрический разряд вблизи горючих газов.Вот почему желательно заземлить себя, прежде чем прикасаться к насосам на заправочных станциях; Вы не хотите, чтобы случайная искра воспламенила паразиты бензина. Или вы можете приобрести антистатический браслет, который широко используется рабочими в электронной промышленности для безопасного заземления людей перед тем, как они начнут работать с очень чувствительными электронными компонентами. Они предотвращают накопление статического электричества с помощью проводящей ленты, которая обвивается вокруг вашего запястья.

В повседневной жизни лучший способ уменьшить накопление заряда — использовать увлажнитель, чтобы увеличить количество влаги в воздухе.Также большое значение может иметь поддержание влажности кожи с помощью увлажняющего крема. Сушильные салфетки предотвращают накопление заряда во время сушки одежды, нанося небольшое количество смягчителя ткани на ткань. Эти положительные частицы уравновешивают свободные электроны, а эффективный заряд сводится к нулю, а это означает, что ваша одежда не выйдет из сушилки липкой и прилипшей друг к другу. Вы можете натереть ковры кондиционером для белья, чтобы предотвратить накопление заряда. И последнее, но не менее важное: одежда из хлопка и обувь на кожаной подошве — лучший выбор, чем шерстяная одежда и обувь на резиновой подошве, если у вас действительно есть статическое электричество.

Использование статического электричества

Несмотря на неудобства и возможные опасности статического электричества, оно определенно имеет свои преимущества.

Многие повседневные применения современных технологий в значительной степени зависят от статического электричества. Например, аппараты и копировальные аппараты Xerox используют электрическое притяжение для «приклеивания» заряженных частиц тона к бумаге. Освежители воздуха не только создают приятный запах в комнате, но и действительно устраняют неприятные запахи, снимая статическое электричество с частиц пыли, тем самым устраняя неприятный запах.

Точно так же в дымовых трубах современных заводов используются заряженные пластины для уменьшения загрязнения. По мере того, как частицы дыма поднимаются вверх по дымовой трубе, они собирают отрицательные заряды от металлической сетки. После зарядки они притягиваются к пластинам на других сторонах дымовой трубы, которые заряжены положительно. Наконец, заряженные частицы дыма собираются на поддоне с собирающих пластин и могут быть утилизированы.

Статическое электричество также нашло свое применение в нанотехнологиях, где оно используется, например, для улавливания одиночных атомов лазерными лучами.Затем этими атомами можно манипулировать для любых целей, например, в различных вычислительных приложениях. Еще одно захватывающее применение в нанотехнологиях — это управление наношариками, которые с помощью статического электричества можно переключать между надутым и свернутым состоянием. Эти молекулярные машины однажды смогут доставлять лекарства в определенные ткани тела.

Статическое электричество прошло два с половиной тысячелетия с момента его открытия. Тем не менее, это любопытство, неприятность, но также доказано, что это важно для нашей повседневной жизни.

---

Себастьян Деффнер — доцент кафедры физики Университета Мэриленда, округ Балтимор. Соавтором этой статьи является Мухаммед Ибрагим, системный инженер компании, занимающейся разработкой экологического программного обеспечения. Он проводит совместное исследование с доктором Себастьяном Деффнером по уменьшению вычислительных ошибок в квантовой памяти. Эта статья переиздана из The Conversation по лицензии Creative Commons. Прочтите оригинальную статью.

Удовольствие от статики! | Институт Франклина

Вы когда-нибудь натирали воздушный шарик себе по голове и заставляли волосы встать дыбом? Вы когда-нибудь ходили по ковру в носках и получали удар от дверной ручки? Это примеры статического электричества.Поэкспериментируйте со статическим электричеством, используя предметы, которые можно найти в вашем доме!

Возраст : 4+
Время : 10-30 минут
Темы : электричество, статика, заряд, притяжение, отталкивание

Что вам понадобится:

• Воздушный шар
  • Различные типы тканей, например:
  • Войлок
  • Куртка из флиса
  • Футболка из хлопка
• Одно или все из следующих:
  • Пластиковая линейка
  • Гребни пластиковые
  • Ручки или маркеры
• Легкие предметы и материалы, такие как:
  • Арахис фасовочный пенополистирольный (не крахмальный)
  • Пустые алюминиевые банки
  • Мячи для настольного тенниса
  • Салфетка
  • Алюминиевая фольга
  • Пакеты полиэтиленовые
  • Нить или лента
  • Конфетти или маленькие кусочки бумаги
  • Каша О-образная

Что делать:

Посмотри, сможешь ли ты создать статическое электричество, натирая различные материалы друг о друга!

1.Используя один из кусочков ткани, потрите один из других предметов (линейку, расческу, ручки или маркеры) взад и вперед в течение нескольких секунд, чтобы накопить статический заряд. Поднесите заряженный предмет к одному из легких материалов, например к воздушным шарам или упаковке арахиса. Что ты заметил?

2. Попробуйте натереть другой предмет той же тканью и проверить его на воздушном шаре или упаковке арахиса. Результат такой же? Попробуйте разные комбинации ткани и предмета вместе.

• Создают ли одни комбинации ткани и предмета более сильное накопление статического заряда, чем другие?
• Как узнать?

3.Теперь протестируйте другие легкие материалы. Используйте ту ткань и предмет, которые вы сочли лучше всего подходящими на шаге 2, и создайте статический заряд на предмете. Поднесите объект к разным легким материалам (алюминиевые банки, полиэтиленовый пакет, мяч для пинг-понга и т. Д.) И наблюдайте, что происходит.

• Какие материалы притягиваются (движутся к заряженному объекту), а какие отталкиваются (удаляются)?
• Что общего у привлекаемых предметов?
• Что общего у отталкиваемых предметов?

4.Нарисуйте на листе бумаги схему, подобную приведенной ниже. Используйте воздушный шар, чтобы создать статическое электричество, потерев его тканью (или о волосы!). Теперь поэкспериментируйте с материалами, перечисленными в таблице, чтобы увидеть, как они себя ведут:

• Привлечет ли их воздушный шар?
• Останутся ли они на воздушном шаре, если вы осторожно пошевелите или встряхнете его?
• Влияет ли размер или форма используемого материала на его поведение?

Сначала сделайте несколько прогнозов, а затем посмотрите, как сравниваются результаты.

Объект	Прогноз	Результат
Бумага тканевая
Алюминиевая фольга
Пряжа / нитки
Арахис упаковка
Лента
Конфетти
Каша О-образная

5.Другие идеи, которые стоит попробовать:

• Потрите волосы воздушным шариком, чтобы накопить статический заряд. Сможете ли вы прилепить воздушный шар к стене, рубашке или спине ничего не подозревающего взрослого?
• Можно ли сдвинуть алюминиевую банку со статическим электричеством? Используйте статический шар, чтобы перемещать банку по полу или столу, не касаясь ее. (Подсказка: положите банку на бок, чтобы она могла катиться!) Вы также можете попробовать то же самое с мячом для пинг-понга.
• Повесьте мячи для пинг-понга или овсяные хлопья на веревках.Используйте статический шар (или другой предмет) и посмотрите, сможете ли вы заставить их «танцевать» на струнах, не касаясь их.

Что происходит?

Атомы — это действительно очень маленькие частицы, которые являются строительными блоками всего во Вселенной. Хотя атомы действительно маленькие, они состоят из других, даже более мелких частиц. Один из этих типов частиц называется протоном, и он имеет положительный заряд; другой называется электроном, и он имеет отрицательный заряд.Именно из-за этих противоположно заряженных частиц существует электричество. Когда некоторые материалы трутся друг о друга, электроны оттягиваются от одного материала к другому. В результате у одного материала остается слишком много электронов (отрицательно заряженных), а у другого материала недостаточно электронов (положительно заряженных). Этот дисбаланс зарядов называется статическим электричеством . Когда два материала с одинаковыми зарядами сближаются, они отталкиваются (отталкиваются) друг от друга.Когда два материала с противоположными зарядами соединяются, они притягиваются (притягиваются) друг к другу.

Что вызывает статическое электричество?

Каждый человек испытывал статическое электричество. Примеры: когда вы видите искру в зеркале, расчесывающую ваши волосы, или когда вы дотрагиваетесь до дверной ручки после прогулки по ковру зимой. Видимая искра — это разряд статического электричества. Так почему это называется статическим электричеством? Это называется «статическим», потому что заряды остаются разделенными в одной области, а не перемещаются или «перетекают» в другую область, как в случае электрического тока, протекающего по проводу — это называется текущим электричеством.

Статическое электричество было известно еще древним грекам, что вещам можно было придать статический электрический «заряд» (накопление статического электричества), просто потерев их, но они понятия не имели, что та же энергия может быть использована для генерации света. или силовые машины. Именно Бенджамин Франклин помог вывести электричество на передний план. Он считал, что электричество можно получить от молнии.

Что такое статическое электричество?

Статическое электричество — это, по сути, дисбаланс электрических зарядов внутри или на поверхности материала.Заряд остается до тех пор, пока не «разрядится». Статический электрический заряд может возникать всякий раз, когда две поверхности соприкасаются и разделяются, и по крайней мере одна из поверхностей имеет высокое сопротивление электрическому току (и, следовательно, является электрическим изолятором). Знакомая искра статического разряда, точнее, электростатического разряда, вызванная нейтрализацией заряда.

Откуда это обвинение?

Мы знаем, что все объекты состоят из атомов, а атомы состоят из протонов, электронов и нейтронов.Протоны заряжены положительно, электроны заряжены отрицательно, а нейтроны нейтральны. Следовательно, все складывается из зарядов. Противоположные заряды притягиваются друг к другу (от отрицательного к положительному). Одинаковые заряды отталкиваются друг от друга (от положительного к положительному или от отрицательного к отрицательному). Большую часть времени положительный и отрицательный заряды уравновешены в объекте, что делает этот объект нейтральным, как и в случае молекул.

Статическое электричество является результатом дисбаланса между отрицательными и положительными зарядами в объекте.Эти заряды могут накапливаться на поверхности объекта, пока не найдут способ высвободиться или разрядиться. При трении определенных материалов друг о друга могут передаваться отрицательные заряды или электроны. Например, если вы потереть обувь о ковер, ваше тело будет собирать с ковра лишние электроны. Электроны цепляются за ваше тело до тех пор, пока они не высвободятся, как в случае прикосновения к металлической дверной ручке.

«… Явление статического электричества требует разделения положительных и отрицательных зарядов.Когда два материала находятся в контакте, электроны могут переходить от одного материала к другому, что оставляет избыток положительного заряда на одном материале и равный отрицательный заряд на другом. Когда материалы разделены, они сохраняют этот дисбаланс заряда … »

Почему волосы встают дыбом, когда снимаешь шляпу?

Когда вы снимаете шляпу, электроны переходят от шляпы к волосам — почему у вас волосы встают дыбом? Поскольку предметы с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга.По мере того, как волосы накапливают больше электронов, они будут иметь одинаковый заряд, и ваши волосы станут дыбом. Ваши волосы просто пытаются уйти друг от друга как можно дальше!

Что такое трибоэлектрический эффект?

Трибоэлектрический эффект — это тип контактной электризации, при котором определенные материалы становятся электрически заряженными после контакта с другим, другим материалом, а затем разделяются.

Чаще всего статическое электричество является трибоэлектрическим. Полярность и сила создаваемых зарядов различаются в зависимости от материалов, шероховатости поверхности, температуры, деформации и других свойств.

В настоящее время считается, что трибоэлектрический эффект связан с явлением адгезии, когда два материала, состоящие из разных молекул, имеют тенденцию слипаться из-за притяжения между разными молекулами. Химическая адгезия возникает, когда поверхностные атомы двух отдельных поверхностей образуют ионные, ковалентные или водородные связи, в этих условиях происходит обмен электронами между разными типами молекул, что приводит к электростатическому притяжению между молекулами, которое удерживает их вместе.

В зависимости от трибоэлектрических свойств материалов один материал может «захватывать» часть электронов из другого материала. Если теперь два материала отделены друг от друга, произойдет дисбаланс заряда.

Примеры серии трибоэлектриков, которые отдают электроны:

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ЗАРЯД — Сухая кожа человека> кожа> мех кролика> стекло> волосы> нейлон> шерсть> свинец> шелк> алюминий> бумага НАИМЕНЕЕ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ЗАРЯД

Примеры серии трибоэлектриков, которые отдают электроны:

ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ЗАРЯД — тефлон> силикон> ПВХ> скотч> сарановая пленка> пенополистирол> полиэстер> золото> никель> резина — НАИМЕНЕЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ЗАРЯД

Как создать статическое электричество с помощью генератора Ван де Графа

Генератор Ван де Граафа — это электростатический генератор, который использует движущуюся ленту для накопления электрического заряда на полой металлической сфере на вершине изолированной колонны.Это может создать очень высокие электрические потенциалы. Он вырабатывает электричество постоянного тока очень высокого напряжения (DC) при низких уровнях тока. Он был изобретен американским физиком Робертом Дж. Ван де Граафом в 1929 году. (См. Ссылку ниже в журнале Scientific American). Разность потенциалов, достигаемая в современных генераторах Ван де Граафа, может достигать 5 мегавольт. Настольная версия может производить порядка 100 000 вольт и может накапливать достаточно энергии, чтобы произвести видимую искру. Маленькие машины Ван де Граафа производятся для развлечения и в классах физики для обучения электростатике.

Литература и литература:

Возможности электростатических генераторов — Никола Тесла — Scientific American 1934

Трибоэлектрическая зарядка общих объектов

Материалы, вызывающие статическое электричество

---

Проверьте свой Понимание: .