Staatiline elekter: definitsioon, tekkimine ja näited

Saa teada, mis on staatiline elekter, kuidas see tekib ja praktilised näited igapäevaelust — põhjalik definitsioon, tekkemehhanismid ja näited selgelt ja lühidalt.

Autor: Leandro Alegsa

Staatiline elekter tähendab elektrilise laengu suurenemist esemete pinnal. See elektrilaeng võib eseme külge jääda, kuni laeng väljendub juhtme või otse õhu kaudu maapinnale voolamise kaudu või kuni laeng neutraliseerub impulsiivselt tühjenemise ehk sädemega. Laengu tekkimine ja säilimine sõltub materjalide omadustest: ühel pinnal peab olema kõrge elektritakistus, et laeng kaua püsiks.

Kuidas staatiline elekter tekib

Peamine mehhanism on hõõrdumine või kontakt- ja eraldusprotsess, mida nimetatakse triboelektriliseks efektiks. Kui kaks erinevast materjalist pinda kokku puutuvad ja seejärel eraldatakse, võivad elektronid ühelt pinnalt teisele üle minna. Selle tulemusena muutub üks pind positiivselt laetud ja teine negatiivselt laetud. Samuti võib laeng tekkida lihtsalt eraldumise, surve või lähedalasuvate laetud kehade mõjul (elektriline polariseerumine).

Kui laeng koguneb, tekib esemete ümber elektriväli. Kui see väli muutub piisavalt tugevaks, võib esineda äkiline tühjenemine ehk säde — see on staatilise elektri tüüpiline nähtus, mida sageli nimetatakse staatiliseks "šokiks".

Näited igapäevaelust

  • Kummipall, mis kinnitub juustele pärast hõõrumist — pall saab vastupidise laengu ja juuksed tõmbuvad külge.
  • Pükste või kampsunite kleepumine pärast pesumasinas kuivatamist; riided saavad erineva laengu ja tõmbuvad kokku.
  • Värava või uksekäepideme puudutamisel kuuldav „klõps” ja kerge šokk — hetkeline laengu neutraliseerimine.
  • Kütusepaagi täitmisel tekkiv tuleoht, kui laengud tühjenevad sädemega (seetõttu kasutatakse maanduse ja antistaatilisi ettevaatusabinõusid).
  • Koopiamasinates ja laserprinterites kasutatav staatilise laengu kontroll paberiletonerite paigutamiseks.

Mõõtmine ja tugevus

Staatilise elektri kogust mõõdetakse tavaliselt laengu (kulonites) või pindalaühiku kohta laengu tihedusega. Praktikas on oluline välistada ka potentsiaalide vahe, mis võib ulatuda kilovoltidesse (kV) — isegi väikese laenguga eseme peal võib olla suur potentsiaalide vahe ja seetõttu tekkida säde.

Mõju ja ohutus

Kuigi enamik staatilise elektri nähtusi on kahjutud, on olukordi, kus need võivad olla ohtlikud:

  • Plahvatusohtlikud keskkonnad (kütuseaurud, tolm) — säde võib põhjustada süttimise.
  • Elektroonika — staatiline laeng võib kahjustada tundlikke mikrokiipe ja seadmeid (ESD, electrostatic discharge).
  • Intensiivsed sädemed võivad põhjustada valu või hirmu inimestele ning kahjustada materjale.

Kuidas staatilist elektrit vähendada või vältida

  • Maandus: ühendamine maaga juhtiva kaabli või maanduse abil, et laeng saaks ohutult hajuda.
  • Niiskuse tõstmine: õhuniiskuse suurendamine vähendab staatilise elektri teket (nt kodustes ruumides niisutaja kasutamine).
  • Antistaatilised materjalid ja kattekihid: kasutada antistaatilisi riideid, põrandakatteid, pakendeid või pihusteid, mis vähendavad laengu kogunemist.
  • Ionisaatorid: õhust eralduvate ioonide abil neutraliseeritakse laetud pinnad.
  • ESD-kaitse elektroonikas: randmerihmad, antistaatilised mattid ja transpordipakendid kaitsevad tundlikke komponente.
  • Ohutu töökäitumine: vältida sädet soodustavaid toiminguid kütuselistel ja tolmurohkedel aladel; kasutada maanduse ja pingevabastamise protseduure.

Kuidas staatilist elektrit tuvastada

Lihtsaimad märgid on nähtavad kliirid (nt juuste tõmbumine), kuulmine (klõps või väike säde) ja tundmine (kerge šokk). Teaduslikumad vahendid on elektroskoop, potentsiomeeter või elektrostaatiline voltmeeter, mida kasutatakse tööstuses ja laborites laengute ja potentsiaalide mõõtmiseks.

Kokkuvõtlikult on staatiline elekter tavaline ja sageli kahjutu nähtus, kuid mõnel juhul nõuab see tähelepanu ja ettevaatusabinõusid, et vältida kahjustusi, tule- või ohutusriske ning elektroonikaseadmete rikkumist.

Välk, üks näide staatilisest tühjendusestZoom
Välk, üks näide staatilisest tühjendusest

Ajalugu

Kreeka ajastul leidis Thales oma merevaigu puhastades staatilise elektri. Kuid sel ajal ei pööratud sellele tähelepanu ega uuritud seda. Nad teadsid lihtsalt, et millegi hõõrumine tekitab tõmbejõudu. Tõsiseid uuringuid staatilise elektri kohta alustati 17. sajandil, kui Otto Von Guericke valmistas esimese hõõrdumisgeneraatori. Ja 18. sajandil alustas Coulomb staatilise elektri fikseeritud koguse uurimist. Benjamin Franklin seostas staatilist elektrit tormidega. 1832. aastal avaldas Michael Faraday oma katse tulemused elektrienergia identsuse kohta. See aruanne tõestas, et magneti abil tekitatud elekter, aku poolt tekitatud voltaelektri ja staatilise elektri puhul on tegemist ühe ja sama elektrienergiaga. Alates Faraday tulemusest võib staatilise elektri ajalugu pidada elektrienergia uurimiseks üldiselt.

Charge

Paljud olukorrad võivad põhjustada staatilist elektrit.

  1. Kontakt muudab tasu eraldamise:

Enamikul materjalidel on elektronide suhtes ainulaadne keemiline tõmme. Selle tõttu võib erinevate materjalide hõõrdumine põhjustada laengute eraldumist. Materjali laeng on positiivne, kui selle tõmbevõime elektronide suhtes on väiksem kui teisel materjalil. mõnikord võib üle vaiba kõndimine ja seejärel metalleseme (nt ukselingi) puudutamine tekitada staatilise elektrišoki.

  1. Rõhk muudab laengu eraldumise:

Piisavalt tugev rõhk põhjustab teatud tüüpi materjalides, nagu kristallid ja keraamilised molekulid, laengu eraldumise.

  1. Soojus muudab laengu eraldumise:

Teatud materjalide kuumutamine võib anda elektronidele energiat. Selle energia abil vabanevad elektronid aatomitest. Elektronid kaotavad aatomid muutuvad positiivseks laenguks.

  1. Laadimine muudab laengu eraldamise:

Laetud objekt võib põhjustada neutraalse objekti laengu eraldumist. Sama märgiga laengud (negatiivne negatiivsega või positiivne positiivsega) tõmbavad üksteist tagasi ja vastupidise märgiga laengud tõmbavad üksteist ligi. See sunnib neutraalse objekti osa, mis on laetud objekti lähedal, omama laetud objektile vastupidist laengut. See jõud nõrgeneb kiiresti, kui kaks objekti teineteisest eemalduvad. See mõju avaldub kõige enam siis, kui neutraalne objekt on laenguga, mis võib vabalt liikuda

Staatiline elekter võib põhjustada kerget elektrilööki.

Tühjendus

Staatiline tühjenemine on liigne laeng, mis neutraliseeritakse ümbritsevast või ümbritsevasse keskkonda suunduva laenguvooluga. Positiivsed laengud saavad ümbritsevast keskkonnast elektrone ja negatiivsed laengud kaotavad oma elektrone ümbritsevale keskkonnale.

Staatilise elektrilöögi tunne tuleneb närvide stimuleerimisest, kui neutraliseeriv vool vool voolab läbi inimkeha. Kuna kehas on palju vett, ei ole laeng tavaliselt piisav, et tekitada ohtlikult suurt voolu. Välk on samuti näide staatilisest elektrilöögist. Pilv saab väga suure laengu teiste pilvedega kokku põrgates. See annab üleliigse laengu maapinnale välja. Kuid sellist tohutut laengut ei teki inimese ümbruses loomulikult kunagi, kui teda ei taba välk.

Hoolimata staatilise elektri näiliselt ohutust olemusest, võib teadustöös olla märkimisväärne oht, sest suur laeng võib seadmeid rikkuda.



Otsige
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3