Использование статического электричества: «Применение статического электричества в быту.. Что собой представляет статическое электричество? Если же рассматривать данный эффект с физической стороны,». Скачать бесплатно и без регистрации.

Реклама

Криса Вудфорда.Последнее изменение: 9 апреля 2020 г.

Зап! Когда молния прыгает на землю, мы получаем внезапную, очень яркую демонстрацию силы статического электричество (электрическая энергия, собранная в одном месте). Большинство из нас знают, что статическое электричество накапливается, когда мы трём вещи друг о друга, хотя это не совсем удовлетворительное объяснение. О чем это трение вещей, вызывающее электрическое явление? Хотя молния — яркий пример статического электричества, это не то, что мы можем использовать.Но есть много других мест, где статическое электричество невероятно полезно; с лазерных принтеров и фотокопировальные устройства для электростанций, уничтожающих загрязнения, статика может быть действительно фантастический. Итак, давайте подробнее рассмотрим, что это такое и как работает!

На фото: молния — это огромный выброс статического электричества, при котором накопленная электрическая потенциальная энергия выстреливает с неба на землю внезапным, импровизированным электрическим током. Если вы хотите сфотографировать молнию, настройте камеру на несколько серийных снимков и будьте готовы к очень долгому ожиданию: мне потребовалось два часа и сотни тщетных попыток сделать этот единственный снимок.

Что такое статическое электричество?

Фото: классическая статика: когда вы натираете воздушный шарик своим пуловером, вы создаете статическое электричество, которое заставляет его прилипать. При трении электроны перемещаются с вашего пуловера (который становится положительно заряженным) на латексную резину в воздушном шаре (которая становится отрицательно заряженной). Противоположные обвинения заставляют прилипнуть две вещи.

Мы воспринимаем электричество как должное: легко забудьте, что дома, офисы и фабрики были задействованы в этом чистым и удобным способом только с конца 19 века, что в в более широком контексте истории человечества сейчас совсем не время.Это было во время 19 век, пионеры, такие как Алессандро Вольта, Майкл Фарадей, Джозеф Генри и Томас Эдисон разгадали секреты электричество, как его производить и как заставить делать полезные вещи. До этого электричество было в значительной степени диковинкой: оно было очень ученым было интересно учиться и играть с ними, но не было многое еще они могли сделать с этим. В те времена люди готовили и топили их дома используют дровяные или угольные печи и освещают свои комнаты свечами или маслом лампы; не было таких вещей, как радио или телевизоры, не говоря уже о мобильные телефоны или компьютеры.

«Современное электричество», которое питает все, от телефона в кармане до метро. поездка в школу или на работу — это то, что мы называем электричеством (или электрический ток). Это энергия, которая проходит по металлическому проводу от место, где оно производится (что-нибудь от гигантской электростанции к крошечной батарее) к тому, что он питает (часто электродвигатель, нагревательный элемент, или лампа). Текущее электричество всегда в движении, перенос энергии из одного места в другое.

На фото: еще одна классическая демонстрация статики: потрите пластиковый гребешок о пуловер, и вы обнаружите, что можете собирать крошечные кусочки бумаги.Это немного похоже на захват скрепок магнитом. Но там, где магнит может подбирать одну скрепку, а намагниченная скрепка поднимает другие в цепочке, линейка со статическим зарядом не будет делать то же самое. Как вы думаете, почему это так?

До XIX века единственным видом электричества, о котором люди действительно знали или пытались использовать, было статическое электричество. электричество. Древние греки понимали, что вещи можно дарить статический электрический «заряд» (накопление статического электричества) просто за счет тереть их, но они понятия не имели, что можно использовать ту же энергию для создания световых или силовых машин. Один из тех, кто помог сделать связь между статическим и текущим электричеством была американской государственный деятель, издатель и ученый Бенджамин Франклин. В 1752 году, когда Франклин пытался разгадать загадки электричества, и он это сделал, как известно. запустив воздушного змея во время грозы, чтобы поймать себя на электрическом энергия (что делать крайне опасно). Молния ударила с воздушного змея на землю, и, если бы Франклин не был изолирован, его вполне могли бы убить. Франклин понял, что статическое электричество, накапливающееся в небе, стал током электричества, когда молния перенесла его в поверхность Земли.Именно благодаря таким исследованиям он разработал одно из своих самых известных изобретений, молнию стержень (молниеотвод). Работа Франклина проложила путь к электрическая революция 19 века и мир действительно изменился, когда такие люди, как Вольта и Фарадей, опираясь на открытия Франклина, научились производят электричество по желанию и заставляют его делать полезные вещи.

Потенциальная и кинетическая энергия

Попутно стоит отметить, что есть еще один способ думать о статическом и текущем электричестве и соотносить их с вещами, которые мы уже знаю об энергии.Мы можем думать о статическом электричестве как о разновидности потенциальной энергии: это запасенная энергия, готовая и ожидающая сделать что-то полезное для нас. Точно так же текущее электричество (грубо говоря) аналог кинетической энергии: энергия в движении, хотя и электрическая. Так же, как вы можете превратить потенциальную энергию в кинетическую (например, позволив более смелому скатиться с холма), вы можете превратить статическое электричество в текущее электричество (это то, что делает молния) и обратно (вот как Ван де Генератор Граафа работает).

Что вызывает статическое электричество?

Еще несколько лет назад ученые были уверены, что они понимают статическое электричество и то, как именно оно работает. Объяснение было таким …

Как и древние греки, мы склонны думать статическое электричество возникает от трения вещей. Так что если ты живешь в доме с нейлоновыми коврами и металлическими дверными ручками вы скоро узнаете что ваше тело накапливает статический заряд, когда вы идете по пол, который может разрядиться при прикосновении к дверной ручке, что крошечный электрический шок.В большинстве школьных экспериментов мы также узнаем о статический из-за трения вещей. Вы, наверное, пробовали этот трюк, когда потереть шарик о одежду, чтобы он прилип? Вы можете сделать вывод из-за этого статическое электричество каким-то образом связано с трение — это сам процесс трения чего-то энергично, что производит накопление электрической энергии (в том же способ, которым трение может производить тепло и даже возгорание).

Трибоэлектрический эффект

Важно не трение, а факт что мы соприкасаемся с двумя разными материалами.Энергичное трение двух вещей просто сводит их контактировать снова и снова — и это создает статический электричество через явление, известное как трибоэлектричество (или трибоэлектрический эффект). Все материалы состоят из атомов, у которых есть положительное центральное положение. ядро (ядро) окружено неким нечетким «облаком» из электроны, которые являются действительно захватывающими битами. Некоторые атомы притягивают электроны сильнее, чем другие; большая часть химии проистекает из этого факта.Если поставить два соприкасающиеся материалы, и один притягивает электроны более чем другой, электроны могут вытягиваться из одного из материалы к другому. Когда мы разделяем материалы, электроны эффективно перейти с корабля к материалу, который их больше всего привлекает сильно. В результате один из материалов приобрел дополнительные электронов (и становится отрицательно заряженным), в то время как другой материал потерял несколько электронов (и стал положительно заряженным). Вуаля, у нас есть статическое электричество! Когда мы снова натираем вещи и опять же, мы увеличиваем шансы, что больше атомов примет участие в этом обмен электронами, и поэтому накапливается статический заряд.

Фото: Как трибоэлектрический эффект объясняет статическое электричество: 1. Эбонит (твердая вулканизированная резина — показан здесь черным стержнем) и шерсть (показана серым) обычно не имеют электрического заряда. 2) Соедините их, и эбонит притянет электроны из шерсти. 3) Разделите их, и электроны останутся на эбоните, что сделает его отрицательно заряженным и оставив шерсть с недостатком электронов (или положительным зарядом). Трение двух веществ друг к другу увеличивает контакт между ними и повышает вероятность миграции электронов от шерсти к эбониту.Отрицательный заряд на эбоните точно такой же, как и положительный заряд на шерсти; Другими словами, чистая плата не взимается.

Трибоэлектрическая серия

Если вы экспериментируете с разными материалами, вы находят положительный заряд, когда их натирают, и некоторый выигрыш отрицательные заряды; некоторые материалы также получают больший заряд, чем другие. Оказывается что мы можем расположить материалы по порядку в зависимости от их стоимости. прибыль, давая нам своего рода таблицу рейтинга материалов, бегущих от положительный на отрицательный.Разные книги и веб-страницы показывают немного разные списки, но все они в целом проходят от минералов (положительных) до таких такие вещи, как дерево и бумага (нейтрально), до пластика (негатив). Не волнуйся слишком много о точном порядке в списке; это будет различаться для всех видов причин (например, от вида стекла или добавок в латексе).

++++++++ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ++++++++

+ Воздух
+ Кожа
+ Кожа
+ Асбест
+ Стекло
+ Слюда
+ Кварц
+ Нейлон
+ Шерсть
+ Мех
+ Свинец
+ Шелк
+ Алюминий
0 Бумага
0 Хлопок
0 Сталь
0 Дерево
— Янтарь
— Латекс
— Твердая резина
— Никель
— Медь
— Латунь
— Серебро
— Золото
— Платина
— Полиэстер
— Полистирол
— Неопрен
— Саран («липкая пленка»)
— Полиэтилен
— Полипропилен
— Поливинилхлорид (ПВХ)
— Селен
— Тефлон
— Силиконовый каучук
— Эбонит (очень твердый вулканизированный каучук)

−− −−−−−− ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ −−−−−−−−

Этот список называется трибоэлектрическим рядом. Чем дальше друг от друга находятся два материала в серии, тем статичнее электричество будет накапливаться, когда вы будете тереть их друг о друга. Если два материалы очень близки в серии, их сложно заставить нарастить любой заряд вообще, как бы сильно вы их не терли. Казалось бы подтвердите, что статическое электричество само по себе не связано с трением, а о природе материалов, с которыми мы контактируем.

Переосмысление статического электричества

То, что вы только что прочитали, является традиционным, широко распространенным объяснение статического электричества — и вы все равно найдете его описанным таким образом в большинстве школьных учебников.

Но в 2011 году ученые сообщили о некоторых важных новых открытиях, которые казалось, что происходит гораздо больше. Вместо того, чтобы быть чисто физическим, и простой перенос заряженных электронов от одного материала к другому, казалось, статическое электричество тоже может быть вызвано химией (движение ионов и другие существенно химические процессы). И это также может произойти из-за замены небольшого количества материала (небольшой шарик переходит в пуловер или наоборот).Если раньше мы думали о статике как о простой «кучке» отрицательного или положительного заряда (электронов или их отсутствия), то при более внимательном рассмотрении теперь кажется, что это «мозаика» как положительных, так и отрицательных зарядов, которые в сумме составляют общий заряд (положительный или отрицательный). Это очень новое исследование, которое все еще развивается, но кажется очевидным, что наши традиционные объяснение статического электричества — это упрощенная версия того, что происходит на самом деле, даже если мы искренне верим в это более 2000 лет!

Иллюстрация: Вверху: Традиционная теория рассматривает статический заряд на воздушном шаре как равномерное распределение заряженных частиц по его поверхности.Внизу: согласно последним представлениям, статический заряд на самом деле представляет собой случайную «мозаику» гораздо более крупных зарядов, которые могут быть как положительными, так и отрицательными, и которые в сумме составляют общий заряд. В этом случае отрицательного заряда намного больше, чем положительного (желтый, чем красный), поэтому наш воздушный шар имеет общий отрицательный заряд.

Дополнительная литература

Простое знакомство

Более сложные статьи

• Мозаика поверхностного заряда при контактной электрификации Х.Т. Байтекин, А. З. Паташинский, М. Браницкий, Б. Байтекин, С. Со, Б. А. Гжибовски. Наука, 15 июля 2011 г., т. 333, Issue 6040, pp.308–312.
• Антиоксиданты снимают статическое электричество Ричард Ван Норден. Природа, 19 сентября 2013 года.
• Что создает статическое электричество? пользователя Meurig W. Williams. Американский ученый, Том 100, июль / август 2012 г., стр. 316–323.

Какая польза от статического электричества?

Статическое электричество — это все очень интересно, но какая от этого возможная польза? Ты не можешь сделать тост из молнии болт, и вы не сможете зарядить свой мобильный телефон, просто потерев его корпус на пуловере.Вы можете подумать, что статика — одно из тех увлекательных но в конечном итоге совершенно бесполезные кусочки науки, не имеющие практического приложения — но вы ошибаетесь: статическое электричество используется во всех виды бытовой техники!

Лазерные принтеры и копировальные аппараты использовать статическое электричество, чтобы накапливать чернила на барабане и переносить их бумага. Опрыскивание посевов также полагается на статическое электричество, чтобы помочь гербицидам. прилипают к листве растений и равномерно распределяются по листьям. Фабрика роботы-краскораспылители используют аналогичный трюк, чтобы гарантировать, что краска капли притягиваются к металлическим кузовам автомобилей, а не к машинам вокруг них.На многих электростанциях и химических заводах, статическое электричество используется в дымовых трубах для удаления загрязнений (подробнее читайте в нашей статье об электростатических дымоочистителях).

Фото: Как остановить выбросы загрязненного воздуха из дымовых труб? Один из способов — дать дыму статический электрический заряд, а затем направить его через решетку из металлических пластин с противоположным зарядом, чтобы удалить грязные частицы сажи. Вот как работают «скрубберы» (электростатические дымоочистители), подобные тем, которые установлены в этих дымовых трубах на электростанции, работающей на биомассе McNeil в Берлингтоне, штат Вирджиния.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Национальной лабораторией возобновляемой энергии Министерства энергетики США (NREL).

Конечно, у статического электричества есть свои недостатки. Это может вызвать искры и взрывы на топливных складах, а случайный статический заряд — настоящая неприятность, если вы работаете с электронными компонентами. Это почему инженеры и химики разработали всевозможные антистатические технологии (от простых проводов до оригинальных, слабопроводящих красок и покрытий) которые предотвращают накопление статического электричества в чувствительных местах. Пока ты читаешь эти слова, можете быть уверены, что кто-то где-то пытается найти новый способ обуздать статическое электричество или лучший способ остановить это вызывает проблемы.Статическое электричество может быть стационарным, но оно никогда не стоя на месте!

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для младших читателей

• Свидетель: Электричество Стива Паркера. Нью-Йорк: Дорлинг Киндерсли, 2005.Хорошее и основательное введение в электричество от надежного детского писателя-научного работника.
• Маршруты науки: электричество Криса Вудфорда. Нью-Йорк: Факты в файле, 2004: Одна из моих собственных книг, этот том проводит нас через всю историю электричества от древних греков до наших дней.
• Крутая наука: эксперименты с электричеством и магнетизмом Криса Вудфорда. Нью-Йорк: Гарет Стивенс, 2010: Еще одна моя книга, это краткое и простое практическое руководство по электричеству и магнетизму.

Для читателей постарше

Статьи

Общие

Учителям

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2012, 2018.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012/2018) Статическое электричество. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-static-electricity-works.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Как работает статическое электричество?

Ответ

Нарушение баланса между отрицательными и положительными зарядами в объектах.

Вы когда-нибудь шли через комнату, чтобы погладить свою собаку, но вместо этого получали шок? Возможно, вы сняли шляпу в засушливый зимний день и испытали на себе «волосы дыбом»! Или, может быть, вы прилепили воздушный шарик к стене после того, как потерлись им о свою одежду?

Почему это происходит? Это волшебство? Нет, это не волшебство; это статическое электричество!

Прежде чем понять статическое электричество, нам сначала нужно понять основы атомов и магнетизма.

Все физические объекты состоят из атомов. Внутри атома находятся протоны, электроны и нейтроны. Протоны заряжены положительно, электроны заряжены отрицательно, а нейтроны нейтральны.

Следовательно, все состоит 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). В большинстве случаев положительный и отрицательный заряды уравновешиваются в объекте, что делает его нейтральным.

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. Один из способов разрядить их — через цепь.

При трении определенных материалов друг о друга могут передаваться отрицательные заряды или электроны. Например, если вы потереть обувь о ковер, ваше тело собирает лишние электроны. Электроны цепляются за ваше тело до тех пор, пока их не освободят. Когда вы дотрагиваетесь до своего пушистого друга, вы испытываете шок. Не волнуйтесь, это только избыточные электроны, которые вы передаете своему ничего не подозревающему питомцу.

А как насчет того опыта «пробуждения волос»? Когда вы снимаете шляпу, электроны переходят от шляпы к волосам, создавая интересную прическу! Помните, объекты с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга. Поскольку у них одинаковый заряд, у вас волосы встанут дыбом. Ваши волосы просто пытаются уйти как можно дальше друг от друга!

Когда вы трете воздушный шар о свою одежду, и он прилипает к стене, вы добавляете избыток электронов (отрицательные заряды) на поверхность воздушного шара. Стена теперь заряжена более положительно, чем воздушный шар. Когда они соприкасаются, воздушный шар будет прилипать из-за правила притяжения противоположностей (от положительного к отрицательному).

Дополнительную информацию о статическом электричестве и экспериментах см. В разделах «Интернет-ресурсы» и «Дополнительная литература».

Опубликовано: 19 ноября 2019 г. Автор: Справочная секция по науке, Библиотека Конгресса

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, таких как крошечные молнии, 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, потерев 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 на 100-долларовой банкноте.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 мешать, 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 друг другу руки.

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 Mini Sparks

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.Небольшой ток, переносимый 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 пустая магистраль «домой». 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 вашей кожи влажной 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 на современных заводах используются заряженные пластины для уменьшения загрязнения. По мере того как частицы дыма поднимаются вверх по дымовой трубе, они собирают отрицательные заряды с 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 под лицензией Creative Commons.Прочтите оригинальную статью .

Статическое электричество 3: Подробнее о статическом электричестве

Назначение

Подтвердить идею о том, что статическое электричество — это явление, связанное с положительными и отрицательными зарядами.

Контекст

Этот урок является третьим из серии из четырех частей, посвященных статическому электричеству. Эти уроки призваны помочь учащимся понять, что статическое электричество — это явление, связанное с положительными и отрицательными зарядами.

Понимание статического электричества должно начинаться с концепции, что вся материя состоит из атомов, а все атомы состоят из субатомных частиц, среди которых есть заряженные частицы, известные как электроны и протоны. Протоны несут положительный заряд (+), а электроны — отрицательный заряд (-). Число электронов в атоме — от одного до примерно 100 — совпадает с числом заряженных частиц или протонов в ядре и определяет, как атом будет связываться с другими атомами, образуя молекулы.Электрически нейтральные частицы (нейтроны) в ядре увеличивают его массу, но не влияют на количество электронов и поэтому почти не влияют на связи атома с другими атомами (его химическое поведение).

Чтобы лучше понять статическое электричество, вы должны помочь своим ученикам установить связь между их повседневным опытом работы со статическим электричеством, например, молнией, получением сотрясений после перетасовки по ковру, снятием с себя одежды, которая цепляется друг за друга. сушить волосы феном, расчесывать волосы зимой — со статическими упражнениями, проводимыми в классе.Попросите их попытаться описать и объяснить свой повседневный опыт работы со статикой в ​​терминах, которые они изучают: отталкивание, притяжение, статический заряд, перенос электронов. Важно, чтобы учащиеся усвоили концепцию, согласно которой противоположно заряженные объекты притягиваются друг к другу, а одноименные заряженные объекты отталкиваются. Менее важно то, что они могут вспомнить, какие материалы имеют тенденцию к накоплению отрицательного или положительного заряда.

Когда два разных материала вступают в тесный контакт, например, войлок, трется о воздушный шар или две воздушные массы в грозовом облаке, электроны могут переходить от одного материала к другому.Когда это происходит, в одном материале оказывается избыток электронов, и он становится отрицательно заряженным, в то время как другой в конечном итоге испытывает недостаток электронов и становится положительно заряженным. Это накопление несбалансированных зарядов на объектах приводит к явлениям, которые мы обычно называем статическим электричеством.

Когда учащиеся только начинают понимать атомы, они не могут уверенно проводить различие между атомами и молекулами. Студенты часто приходят к выводу, что атомы каким-то образом просто заполняют материю, а не к правильному представлению о том, что атомы — это материя.У учеников средней школы также есть проблемы с представлением о том, что атомы находятся в постоянном движении. Принятие этих концепций необходимо студентам, чтобы понять атомную теорию и ее объяснительную силу. ( Benchmarks for Science Literacy , p. 75.)

В курсе «Статическое электричество 1: знакомство с атомами» учащихся просят просмотреть веб-сайты, чтобы узнать об основной структуре атома, а также о положительных и отрицательных зарядах его субчастиц. Этот урок закладывает основу для дальнейшего изучения статического и текущего электричества, сосредоточив внимание на идее положительных и отрицательных зарядов на атомном уровне.Из-за количества и сложности информации, относящейся к этой теме, учащиеся со временем получат понимание этих концепций. Важно, чтобы они исследовали эту тему в различных контекстах.

Статическое электричество 2: Знакомство со статическим электричеством помогает расширить представления учащихся об атомах и их отношении к статическому электричеству. На этом уроке учащиеся проводят несколько простых экспериментов, создавая статическое электричество, чтобы продемонстрировать, как противоположные заряды притягиваются друг к другу, а подобные заряды отталкиваются.Затем студенты изучают веб-сайт, который более подробно объясняет эти концепции.

Статическое электричество 3: Подробнее о статическом электричестве помогает расширить представления учащихся об атомах и их отношении к статическому электричеству. На этом уроке студенты изучают веб-сайт, чтобы изучить концепции, связанные со статическим электричеством. Затем ученики проводят эксперименты, в которых они создают статическое электричество и демонстрируют, как противоположные заряды притягиваются друг к другу, а подобные заряды отталкиваются.

Статическое электричество 4: Статическое электричество и молния знакомит учащихся с концепциями молнии и их отношением к статическому электричеству.На этом уроке учащиеся изучают различные веб-сайты, чтобы узнать о молнии, а затем объяснить своими словами, что вызывает молнию и как это связано со статическим электричеством.

Мотивация

Перед изучением веб-сайта ознакомьтесь со студентами с некоторыми концепциями, ведущими к этому уроку.

Задайте студентам следующие вопросы:

• Что такое атомы? (Атомы — это мельчайшие частицы любого материала или элемента. Атомы — это строительные блоки материи.)
• Какие субатомные частицы составляют атом? (Это протоны, электроны и нейтроны.)
• Какой электрический заряд имеют протоны, электроны и нейтроны? (Протоны имеют положительный заряд, электроны имеют отрицательный заряд, а нейтроны не имеют никакого заряда.)
• Что часто происходит, когда вы терзаете один предмет о другой? (Когда вы протираете один объект другим, один из объектов улавливает часть электронов другого объекта.)
• Объясните, что заставляет одежду слипаться, когда она выходит из сушилки, или сотрясение, которое происходит после того, как она шаркает по ковру и затем касается дверной ручки. (Трение одежды в сушилке или обуви о ковер вызывает дисбаланс электронов. Эти электроны затем притягиваются к предметам с противоположным зарядом.)

Развитие

На этом уроке учащиеся изучат раздел «Статическое электричество» на веб-сайте Science Made Simple, чтобы узнать больше о причинах и последствиях статического электричества.Затем они проведут эксперименты, демонстрирующие, что противоположные заряды притягиваются, а подобные заряды отталкиваются.

Может быть полезно, чтобы учащиеся работали вместе в парах, чтобы они могли помочь друг другу понять факты и концепции интерактивной деятельности.

Раздайте студенческий лист «Подробнее о статическом электричестве». Попросите учащихся ответить на вопросы из списка учащихся, когда они изучают ресурс «Статическое электричество».

После того, как студенты получат возможность выполнить Часть 1, проведите обсуждение вопросов, на которые они ответили в студенческих листах:

• Какие три примера статического электричества? (Некоторые примеры могут включать: ходьба по ковру и прикосновение к металлической дверной ручке, снятие шляпы и волосы встают дыбом.)
• Когда есть положительный заряд? (Положительный заряд возникает при нехватке электронов.)
• Когда есть отрицательный заряд? (Отрицательный заряд возникает, когда электронов слишком много.)
• Какую роль трение играет в статическом электричестве? (Трение, или трение друг о друга двух предметов, вызывает дисбаланс электронов, передавая электроны от одного объекта к другому.)
• Когда предметы притягиваются друг к другу? (Обратные обвинения привлекают.Если один объект имеет отрицательный заряд, а другой положительный, они будут притягиваться друг к другу.)
• Когда предметы отталкиваются друг от друга? (Подобно зарядам отталкиваются. Если два объекта имеют отрицательный заряд, они отталкиваются друг от друга.)

Затем попросите учащихся выполнить задания, указанные в частях 2 и 3 ведомости для учащихся. В Части 2 студенты проведут задание под названием «Привлечение противоположных зарядов». Это простая демонстрация эффекта статического электричества, когда объекты с противоположными зарядами притягиваются друг к другу с помощью надутого воздушного шара, нескольких маленьких кусочков бумаги и шерсти.

После того, как ученики выполнили задание и записали свои ответы на вопросы, обсудите с классом, как это упражнение показывает, что привлекаются противоположные заряды. Учащиеся должны уметь объяснить, что бумага притягивается к воздушному шару, потому что воздушный шар имеет отрицательный заряд, а бумага — положительный. Таким образом, противоположные заряды притягиваются друг к другу.

В части 3, упражнение «Отражение одинаковых зарядов», студенты проводят еще одно задание, чтобы продемонстрировать эффект статического электричества, когда объекты с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга.Используя два пластиковых гребня, кусок хлопковой нити и кусок шерсти, ученики заряжают два пластиковых гребня и смотрят, что происходит, когда они соединяются.

После того, как учащиеся выполнили задание и записали свои ответы, обсудите с классом, как это упражнение показывает, что подобные заряды отражаются. Учащиеся должны уметь объяснить, что в обоих гребнях имеется избыток электронов, который образовался в результате их трения о шерсть. Подвешенная расческа вращается в сторону от той, которая у вас в руке, потому что у них обоих одинаковый заряд.

Оценка

Чтобы оценить понимание учащимися, попросите их провести эксперимент:

Раздайте каждому ученику пластиковую расческу и несколько небольших листов бумаги. Попросите учащихся найти способ использовать гребешок, чтобы подбирать листы бумаги, не касаясь их.

После того, как учащиеся завершили свой эксперимент, попросите их записать шаги, которые они использовали для выполнения эксперимента, и подтвердил, сработал ли эксперимент. Также попросите студентов написать краткое объяснение причин возникновения статического электричества.

Для проведения эксперимента ученики должны потереть расческой о шерстяной предмет или другой предмет, который легко отдает свои электроны. Когда расческу протирают, она становится отрицательно заряженной с избытком электронов. Когда гребешок помещается близко к бумаге, положительные заряды от бумаги притягиваются к отрицательным зарядам гребня.

Учащиеся должны уметь объяснить, что статическое электричество создается, когда объект отдает или получает электроны.

Расширения

Продолжите изучение этих концепций в следующем уроке Science NetLinks из этой серии, «Статическое электричество 4: статическое электричество и молния».

Для дальнейшего изучения вопросов, связанных со статическим электричеством, можно использовать следующие Интернет-ресурсы:

• Занятия по изучению статического электричества на сайте Бостонского музея науки содержат справочную информацию для учителя и включают несколько экспериментов, демонстрирующих статическое электричество.
• Static Electricity, часть Лаборатории молний Франкенштейна на сайте Atoms Family, представляет собой эксперимент, в котором используются пластиковая расческа, шерстяная ткань, воздушный рис и большой пластиковый пакет с галстуком.
• Другие виды деятельности в Лаборатории молний Франкенштейна включают электробезопасность и фруктовое электричество.

Отправьте нам отзыв об этом уроке>

Знакомство со статическим электричеством в промышленности

Статическое электричество повсюду вокруг нас в повседневной жизни и обычно относится к дисбалансу между положительными и отрицательными зарядами в объектах. Большинство людей испытали это в той или иной форме, будь то их белье, которое было особенно «липким», прилипание воздушного шара к стене после того, как они натерлись им о вашу одежду, или когда они ходили в носках по ковру и получали небольшой шок. при прикосновении к другому объекту или человеку.

Наука статики

Чтобы понять статику, это помогает понять основы физики с атомами и магнетизмом.

Все объекты состоят из атомов, которые имеют положительный и отрицательный заряды, как магнит. Также как магниты, подобные заряды отталкиваются друг от друга (положительно-положительный или отрицательно-отрицательный), в то время как разные заряды притягиваются друг к другу (положительно-отрицательный).

Статическое электричество является результатом дисбаланса между положительными и отрицательными зарядами, когда два объекта или материала соприкасаются.Поверхностные электроны пытаются уравновесить друг друга, в то время как две поверхности находятся вместе. Когда два материала или поверхности соприкасаются, одна поверхность отдает электроны и становится более положительно заряженной, в то время как другая поверхность объекта собирает лишние электроны и становится более отрицательно заряженной. Когда два материала разделены, возникает дисбаланс, когда на поверхностях остается либо избыток, либо недостаток электронов, и поверхности становятся электрически заряженными. Эти заряды накапливаются, когда у них нет прямого пути к земле, и в конечном итоге могут накапливаться достаточно, чтобы вызвать искру на ближайший заземленный или менее заряженный объект в попытке сбалансировать заряд.

Примеры статического электричества

Когда вы снимаете шерстяной свитер и волосы на голове и руках встают дыбом, волосы действуют таким образом, потому что ваше тело получает дополнительный заряд от трения снимаемого свитера, и ваши волосы удаляются друг от друга, потому что они у всех одинаковый заряд.

С вашим бельем ваша одежда в сушилке трутся друг о друга (особенно, когда у вас есть разные типы тканей, такие как хлопок и полиэстер), эти заряды заставят ткань прилипать к вашему телу.

Молния — еще один пример статического разряда. Вы видите это, потому что электричество вырабатывается между двумя облаками или между облаком и землей, когда снимается статическое электричество.

Статический в промышленности

Статическое электричество очень важно во многих отраслях промышленности, поскольку оно может быть использовано в наших интересах или представляет собой проблемную проблему, которую необходимо смягчить, уменьшить или устранить.

Например, некоторые полезные применения в промышленности заключаются в борьбе с загрязнением, например в очистителях воздуха.Очиститель воздуха приложил статический заряд к частицам грязи в воздухе, а затем пропускает воздух через электростатическую пластину с противоположным электрическим зарядом. Грязь прилипает к пластинам и легко удаляется. Заводы используют тот же принцип в больших масштабах для своих дымовых труб, чтобы не допустить загрязнения окружающей среды.

Еще одно применение статического электричества — окраска автомобильных деталей распылением. Для этого требуется специальный малярный пистолет, который наносит на краску электростатический заряд.Детали под покраску необходимо правильно заземлить с помощью металлических зажимов, зажимов и проводов. Заряд заставляет краску притягиваться к деталям автомобиля, что приводит к равномерному покрытию, меньшему беспорядку и меньшему расходу краски.

В других отраслях статическое электричество может вызвать множество проблем. Искры, вызванные статическим электричеством, могут вызвать пожары и взрывы. Хотя опасность возгорания может быть очевидна для легковоспламеняющихся материалов, это также может произойти в отраслях, где есть пыль, например, на мукомольных заводах. Статическое электричество также является проблемой там, где используется и производится электроника.

Статическое электричество в промышленности вызывается оборудованием, где это трение, контакт и разделение, а также в случаях, когда происходят быстрые изменения тепла. Люди могут накапливать свои собственные заряды просто за счет трения, создаваемого при ходьбе, поэтому, когда они двигаются в непосредственной близости от машины, они могут получить шок. Статические искры могут быть очень серьезными в промышленности, они могут не только вызвать возгорание или взрыв, но также могут вызвать ожог или остановку сердца.

Некоторыми другими источниками статического электричества в промышленности могут быть жидкости, протекающие по трубе, шлангу или отверстию, смешивание или смешивание, распыление или покрытие, наполнение барабанов, банок, ведер или резервуаров и конвейерных лент.

Электрические заряды могут также накапливаться в легковоспламеняющихся жидкостях, когда они протекают по трубопроводным системам или когда они разбрызгиваются из-за перемещения в контейнерах для хранения.

Влажность является важным фактором, так как влага в воздухе помогает удалить часть заряда. Сухая среда гораздо более склонна к накоплению статического электричества. Различные материалы и скорость производства также влияют на то, сколько и насколько быстро создается статическое электричество.

Статическое управление

Статическое электричество в промышленности контролируется несколькими методами.Мы сосредоточимся на наиболее распространенных из этих методов — соединении и заземлении.

Соединение — это когда два или более проводящих объекта соединяются с помощью проводника, такого как провод, который помогает уравновесить заряд между ними. Склеивание не устраняет статическое электричество, но гарантирует, что между объектами не возникнет искра. Слева приведен пример кабеля, используемого для соединения. В этом примере два медных зажима находятся на каждом конце провода и прикрепляются непосредственно к склеиваемым элементам.

Заземление — это когда объекты, которые могут получать заряд, подключаются непосредственно к земле с помощью металлических стержней, меди и стали. Заземление снимает статические заряды по мере их возникновения. Заземляющие и соединительные соединения выполняются с помощью разъемов с использованием металлических зажимов, зажимов и проводов.

Узел заземления

Узел заземления / соединения представляет собой зажим или зажим с заземляющим кабелем или проводом. Один конец прикрепляется к заземляемому или связываемому элементу.Другой конец прикрепляется к земле, будь то заземляющий стержень или заземляющая «шина», установленная на стене. Заземление всех устройств, кабелей и соединений необходимо проверять при установке и регулярно после этого для обеспечения безопасности и сохранения соединения. Многие зажимы и зажимы заземления проникают в краску, обеспечивая соединение металл-металл. Ознакомьтесь с каталогом Mueller Electric для получения дополнительных примеров заземляющего и соединительного оборудования.

Другие сайты для дополнительной информации:

Использование электростатики на BBC.co.uk

GCSC Science / Использование статического электричества

Киберфизика — Использование статического электричества

На копировальном аппарате есть несколько веб-страниц, вам может быть полезно посмотреть: —

Scientific American (Октябрь 1996 г.)
Австралийский национальный университет Веб-страница
Теория копировального аппарата

Считается, что на Земле ноль вольт .Если заряженный объект соединен с землей проводником, электроны будет проходить между заряженным объектом и Землей, пока объект не окажется на ноль вольт тоже. Если объект не имеет электронов (находится под положительным потенциалом или не хватает электронов) то электроны будут бегать от Земли к объекту и если он имеет отрицательный потенциал (имеет отрицательный заряд — слишком много электронов!) тогда происходит обратное, электроны бегут на Землю из объект.

Символ для подключения на Землю это: