Har du noen gang fått et sjokk fra å ta på en dørhåndtak eller sett håret ditt bli kruset på spesielt kalde, tørre dager? Hvis du har hatt noen av disse opplevelsene, har du opplevd statisk elektrisitet. Statisk elektrisitet er oppbygging av elektrisk ladning (positiv eller negativ) på ett sted. Det kalles også "strøm i ro."
Viktige takeaways: Statisk elektrisitet
- Statisk elektrisitet oppstår når ladningen bygger seg opp ett sted.
- Objekter har vanligvis en total ladning på null, så å akkumulere en ladning krever overføring av elektroner fra et objekt til et annet.
- Det er flere måter å overføre elektroner og dermed bygge opp en ladning: friksjon (den triboelektriske effekten), ledning og induksjon.
Årsakene til statisk elektrisitet
En elektrisk ladning—definert som enten positiv eller negativ — er en egenskap av materie som får to elektriske ladninger til å tiltrekke seg eller avvise. Når to elektriske ladninger er av samme art (begge positive eller begge negative), vil de avvise hverandre. Når de er forskjellige (en positiv og en negativ), vil de tiltrekke seg.
Statisk elektrisitet oppstår når ladningen bygger seg opp ett sted. Typisk er objekter verken positivt eller negativt ladet - de opplever en total ladning på null. Akkumulering av en ladning krever overføring av elektroner fra en gjenstand til en annen.
Å fjerne negativt ladede elektroner fra en overflate vil føre til at overflaten blir positivt ladet, mens du legger elektroner til en overflate vil føre til at overflaten blir negativt ladet. Således, hvis elektroner overføres fra objekt A til objekt B, vil objekt A bli positivt ladet og objekt B vil bli negativt ladet.
Charging by Friction (Triboelectric Effect)
Den triboelektriske effekten refererer til overføring av ladning (elektroner) fra en gjenstand til en annen når de gnides sammen, via friksjon. For eksempel kan triboelektrisk effekt oppstå når du stokker over et teppe iført sokker om vinteren.
Den triboelektriske effekten har en tendens til å oppstå når begge gjenstandene er elektrisk isolerende, som betyr at elektronene ikke kan strømme fritt. Når de to objektene blir gnidd sammen og deretter separert, har overflaten til den ene gjenstanden fått en positiv ladning, mens overflaten til den andre gjenstanden har fått en negativ ladning. Ladningen av de to gjenstandene etter atskillelse kan spås fra triboelektrisk serie, som lister opp materialer i den rekkefølgen de er tilbøyelige til å bli positivt eller negativt ladet.
Fordi elektroner ikke fritt kan bevege seg, kan de to overflatene forbli ladet i lang tid, med mindre de blir utsatt for et elektrisk ledende materiale. Hvis et elektrisk ledende materiale som metall blir berørt til de ladede overflatene, vil elektronene kunne bevege seg fritt, og ladningen fra overflaten fjernes.
Dette er grunnen til å legge vann til håret som frøs på grunn av statisk elektrisitet, vil fjerne det statiske. Vann som inneholder oppløste ioner - som tilfelle med tappevann eller regnvann - leder elektrisk og fjerner ladningene som har samlet seg på håret.
Lading ved ledning og induksjon
Ledning refererer til overføring av elektroner når gjenstander plasseres i kontakt med hverandre. For eksempel kan en overflate som er positivt ladet få elektroner når den berører en nøytralt ladet gjenstand og forårsaker det andre objektet som blir positivt ladet og det første objektet som blir mindre positivt ladet enn det tidligere var.
Induksjon innebærer ikke overføring av elektron, og heller ikke direkte kontakt. Snarere bruker den prinsippet om at "som ladninger frastøter og motsatte ladninger tiltrekker seg." Induksjon skjer med to elektriske ledere, fordi de lar ladningene bevege seg fritt.
Her er et eksempel på lading ved induksjon. Se for deg at to metallgjenstander, A og B, er plassert i kontakt med hverandre. Et negativt ladet objekt plasseres til venstre for Objekt A, som avviser elektronene på venstre side av Objekt A og får dem til å bevege seg til Objekt B. De to objektene blir deretter separert, og ladningen omfordeler seg over hele objektet, og etterlater Objekt A positivt ladet og Objekt B generelt ladet.
kilder
- Beaver, John B. og Don Powers. Elektrisitet og magnetisme: Statisk elektrisitet, strøm og magneter. Mark Twain Media, 2010.
- Christopoulos, Christos. Prinsipper og teknikker for elektromagnetisk kompatibilitet. CRC Press, 2007.
- Vasilescu, Gabriel. Prinsipper og applikasjoner for elektroniske støy og forstyrrende signaler. Springer, 2005.