Статическое электричество простыми словами: СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — это… Что такое СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО?

Что такое статическое электричество — Лайфхакер

Откуда берётся статическое электричество

Мир состоит из атомов. Это крошечные частицы, из которых построено наше тело, джинсы на ногах, сиденье в авто под пятой точкой и смартфон с Лайфхакером на экране.

Внутри атомов есть более мелкие элементы: ядро из протонов и нейтронов, а также электроны, которые вращаются вокруг него. Протоны заряжены со знаком плюс, электроны — со знаком минус.

Обычно у атома одинаковое число таких плюсов и минусов, поэтому у него нулевой заряд. Но иногда электроны покидают орбиты и притягиваются к другим атомам. Чаще всего это происходит в результате трения.

Движение электронов от одного атома к другому создаёт энергию, которую называют электричеством. Если направить её через провод или другой проводник, получится электрический ток. Его работу вы наглядно видите, когда заряжаете смартфон по кабелю.

Со статическим электричеством всё иначе. Оно «ленивое», не течёт и будто отдыхает на поверхности. У предмета появляется положительный заряд, если ему не хватает электронов, и отрицательный, когда они в избытке.

Как проявляется статическое электричество

1. Электрический разряд

Если надеть на ноги чистые сухие носки из шерсти и пошаркать ими по нейлоновому ковру, можно получить электрический разряд.

Во время трения электроны будут перепрыгивать с носков на ковёр и наоборот. В итоге они получат противоположный заряд и захотят уравновесить число электронов.

Если разница в их количестве достаточно большая, вы получите видимую искру, как только снова прикоснётесь носками к ковру.

2. Притягивание предметов

Если расчесать волосы пластиковой расчёской, она получит заряд статического электричества.

После этого она начнёт притягивать небольшие кусочки бумаги, пытаясь избавиться от дефицита или избытка электронов за их счёт.

3. Отталкивание предметов

Если натереть лист бумаги шерстяным шарфом, он получит статический заряд.

Когда вы попытаетесь согнуть бумагу, половинки начнут отталкиваться друг от друга именно из-за дисбаланса электронов.

Чем может быть опасно статическое электричество

Это явление способно привести к ряду опасных последствий.

1. Воспламенение

Статическое электричество может стать причиной пожара там, где используются легковоспламеняющиеся материалы — например, на полиграфических предприятиях.

На таком производстве много чернил и бумаги, которые быстро загораются. Они трутся об оборудование во время печати, возникает статическое электричество, появляется искра и начинается пожар ^.

2. Производственные нарушения

От статического электричества особенно страдают ^{предприятия, которые производят пластмассу или текстиль.}

Когда эти материалы положительно или отрицательно заряжены, они могут притягиваться или отталкиваться от рабочей поверхности.

Это нарушает процесс производства, поэтому предприятия используют ионизаторы воздуха, которые помогают предотвратить возникновение заряда.

3. Удар молнии

Во время перемещения воздушных потоков, которые насыщены водяными парами, возникает статическое электричество.

Оно создаёт грозовые облака с разным зарядом, которые разряжаются друг о друга или об озоновый слой. Так получаются молнии.

Молнии бьют в высокие здания, деревья и землю и становятся причиной поломок оборудования.

Как избежать появления статического электричества

1. Повышайте влажность

Сухой воздух в помещении — лучший друг статического электричества. Но оно практически не проявляется, если влажность превышает 85%.

Чтобы повысить этот показатель, регулярно проводите влажную уборку и используйте увлажнители воздуха.

Когда включено отопление, на батарею можно положить мокрую ткань, чтобы вода испарялась и делала воздух менее сухим.

2. Применяйте натуральные материалы

Большинство натуральных материалов сохраняют влагу, синтетические — нет. Поэтому первые меньше вторых подвержены возникновению статического электричества.

Если расчёсывать волосы пластиковой расчёской, они получат статический заряд и начнут разлетаться друг от друга, портя причёску. Этого можно избежать, используя аксессуары из дерева.

Такая же история с обувью на резиновой подошве. Она провоцирует создание статического электричества на теле. Но стельки из натуральных материалов нивелируют его эффект.

Футболки из хлопка, одежда из других натуральных тканей не создают статическое электричество. Искусственный свитер — наоборот.

3. Используйте заземление

С помощью него статическое электричество можно отвести в землю. Это касается не только громоотводов, которые перенаправляют заряд молний, но и работы с электрическим оборудованием.

Когда профессиональный мастер раскрывает ноутбук, чтобы почистить его от пыли, он обязательно использует специальный шнур заземления, закреплённый на руке, — антистатический браслет.

Антистатический браслет / aliexpress.com

Он нужен, чтобы избежать попадания разряда статического электричества от рук на микросхемы. Иначе он повредит их, и через время компьютер может выйти из строя.

Читайте также 🧐

Что такое статическое электричество? | ElectroFAQ

Вы прошли по ковру, потянулись к дверной ручке и ……… БА-БАХ!!! Вас ударило током.

Почему так происходит?

Всему причина

СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Для того, чтобы разобраться, что же все таки такое статическое электричество, поговорим немного о природе материи. Или, другими словами, из чего состоят предметы вокруг нас.

МАТЕРИЯ СОСТОИТ ИЗ АТОМОВ

Возьмем кольцо из чистого золота. Разрежем его пополам и уберем одну половину. Оставшуюся половину разрежем еще раз и снова уберем половину. Будем повторять так до тех пор, пока не получим совсем маленький кусочек золота, который не возможно будет увидеть без микроскопа. Тем не менее это по прежнему будет кусочек золота. Если мы будем продолжать делить этот кусочек вновь и вновь, то получим самую малую частицу золота, которая только возможна. Она называется, атом. Если разделить атом на другие, более мелкие частицы, это уже не будет золото.

ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ АТОМ?

Итак, из чего же сделан атом? В центре каждого атома находится ядро. Ядро состоит из двух видов мельчайших частиц, называемых протонами и нейтронами.

Вокруг атома вращается другой вид частиц – электроны.

В настоящее время известно 115 видов атомов, которые отличаются друг от друга потому, что имеют различное количество протонов, нейтронов и электронов.

Строение атома схоже со строением нашей солнечной системы. Ядро является центром атома, подобно тому как солнце является центром солнечной системы. Электроны вращаются вокруг ядра, так же как планеты вокруг солнца. Ядро значительно больше чем электроны, которые находятся от него на значительном расстоянии. При этом большая часть атома это пустое пространство. Хотя эта модель не совсем точна, она вполне подходит для того чтобы понять природу статического электричества.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ

Протоны, нейтроны и электроны имеют несколько очень важных отличий друг от друга. Они имеют свои уникальные свойства и характеристики. Одно из этих свойств называется электрическим зарядом. Протоны обладают положительным зарядом, электроны отрицательным, а нейтроны вообще не имеют заряда (нейтральны). Заряд одного протона равен по модулю заряду электрона. По этому когда количество протонов и нейтронов в атоме одинаково, суммарный заряд в атоме равен нулю. Атом нейтрален.

ЭЛЕКТРОНЫ МОГУТ ПЕРЕМЕЩАТЬСЯ

Протоны и нейтроны в ядре связаны очень сильной связью. Обычно ядро не меняет своего состояния. Электроны на внешней оболочке атома, наоборот, имеют довольно слабую связь с атомом. Они могут передвигаться от атома к атому. Атом, который теряет электроны, имеет польше положительно заряженных частиц (протонов) чем отрицательных (электронов). Этот атом приобретает положительный заряд. Атом, который присоединяет к себе электроны, имеет больше отрицательных частиц чем положительных. Этот атом получает орицательный заряд. Заряженные атомы называются ионами.

Атомы некоторых материалов удерживают свои электроны очень сильно. Электроны в этих материалах не могут свободно перемещаться. Такие вещества называют изоляторами. Пластик, ткань, стекло и сухой воздух являются хорошими изоляторами. Другие материалы удерживают электроны гораздо слабее. Такие вещества называют проводниками. Большинство металлов – хорошие проводники.

Каким образом можно переместить электроны с одного места на другое? Самый распространенный способ это потереть два предмета между собой. Если они сделаны из разных материалов и оба являются изоляторами, электроны могут перейти из одного предмета в другой. Чем больше тереть, тем больше перейдет электронов, тем больше увеличится заряд предметов. Ученые предполагают, что электроны переходят из одного предмета в другой не за счет трения, трение просто увеличивает площадь соприкосаемых поверхностей.

Статическое электричество это разбаланс положительных и отрицательны зарядов.

ЗАРЯДЫ ПРИТЯГИВАЮТСЯ

Иногда заряды ведут себя интересным образом. Вы когда нибудь слышали о том, что противоположности притягиваются? Это правда. Два предмета с разноименными зарядами (положительным и отрицательным) будут притягиваться. Два предмета с одноименными зарядами (положительными или отрицательными) будут отталкиваться друг от друга.

 

Заряженные предметы могут притягивать и нейтральные (не заряженные) предметы. Подумайте о том, каким образом можно приклеить шарик к стене. Если вы зарядите его (например трением), шарик приобретет дополнительные электроны и будет иметь отрицательный заряд. Прислонив шарик к нейтральному предмету, вы заставите заряды в этом предмете двигаться. Если этот предмет проводник, то лишние электроны начнут перемещаться как можно дальше от шарика. Если предмет диэлектрик то электроны в нем не смогут свободно перемещаться. В этом случае электроны в молекулах и атомах поверхностного слоя данного предмета развернутся в противоположную от шарика сторону и в этом слое образуется положительный заряд. А так как, как мы уже выяснили разноименные заряды притягиваются, шарик приклеится к стене. По крайней мере до тех пор пока в шарике будут оставаться лишнии электроны.

Итак, почему же все таки нас щелкает электричеством? Или наши волосы имеют заряд статического электричества? Когда вы снимаете с себя шерстяную шапку, она трется о ваши волосы. Электроны с волос переходят в шапку. Следовательно каждый волос на вашей голове приобретает положительный заряд. Как известно, предметы заряженные одноименными зарядами отталкиваются. Именно по этому ваши волосы пытаются оттолкнутся друг от друга как можно дальше, на столько на сколько это возможно. Максимальное расстояние между волосами будет если они будут стоять «дыбом».

Когда вы идете босиком по ковру, электроны перемещаются с ковра на вас. Следовательно сейчас уже вы имеете дополнительные электроны (отрицательный заряд). Вы прикасаетесь к металлической дверной ручке и ………БА-БАХ!!! Дверная ручка сделана из металла, а металл это проводник. Электроны перескакивают с вашей руки на ручку. Происходит щелчок, как будто вас ударило электрическим током.

Обычно статическое электричество проявляет себя зимой, когда воздух очень сухой. Летом воздух гораздо более влажный. Пары воды в воздухе помогают электронам быстрее «уйти» от вас, следовательно вы не можете накопить на себе большой электрический заряд.

 

Страница не найдена ⋆ Электрик Дома

Своими руками

Светодиодная лента – относительно недавно появившееся светотехническое устройство, которое можно применять для создания особых

Бытовые электроприборы

Чем дальше вы живете от трансформаторной подстанции, тем меньший вольтаж можно замерить в розетках

Электропроводка и соединения

Желательно проведение электрического кабеля в дом доверить профессионалу: от точности соблюдения норм и качества

Бытовые электроприборы

Чтобы создать в своем доме приятное световое освещение и сэкономить на счетах за потребление

Видео электрика

Многим хотя бы раз в жизни приходилось самостоятельно подключать люстру и также многим еще

Своими руками

Современные люстровые конструкции оснащаются не только лампочками дневного света, но и разноцветными светодиодами. Переключая

Как это устроено

С тех пор, как научились добывать и пользоваться электричеством, люди перестали задаваться вопросом как

Бытовые электроприборы

Розетки есть в каждом доме: с их помощью подключают электрические приборы в сеть. Они

Бытовые электроприборы

Вихревой индукционный котел (ВИН) предоставляет собой двигатель и кавитатор, в который подается вода. Принцип

Как это устроено

Задача снижения количества потребляемой энергии перестала быть только технической проблемой и перешла в область

Электродвигатели

Электрические двигатели встречаются намного чаще, чем кажется. Маленький мотор спрятан в микроволновой печи, стиральной

Электропроводка и соединения

Так как работа внешней электросети регулируется специальной компанией, подвести электропроводку в дом своими руками

Светодиодные ленты

В этой статье расскажу как можно сделать умную подсветку с помощью RGB светодиодной ленты

Бытовые электроприборы

Срок использования счётчиков электроэнергии довольно длительный. Во многих квартирах  срок эксплуатации данных приборов на

Бытовые электроприборы

Экономит ли диммер электричество? Для того чтобы говорить об энергоэффективности, для начала полезно будет

Теплый пол

Причин, почему не греет теплый пол электрический или делает это не в полную силу,

Своими руками

Чем старше ваша люстра, тем выше риск ее поломки. Покупка нового осветительного оборудования часто

Теплый пол

В домах и квартирах все чаще и чаще используются теплые электрические полы. Технология укладки

Бытовые электроприборы

Для каждого вида ламп предусмотрена средняя продолжительность работы. Для лампочек Ильича срок службы составляет

Как это устроено

Электросчетчик – обязательный элемент любой домашней электрической сети. Это устройство предназначено для учета потребляемой

Статическое электричество

Со статическим электричеством сталкивался каждый, когда после длительного расчесывания волосы разлетаются в разные стороны. Еще одним типичным примером статического электричества будет снятие одежды в темной комнате, в таких случаях можно видеть явление схожее даже с разрывом небольшой молнии.

Итак, что же такое статическое электричество? С физической точки зрения, статическим электричеством называется потеря предметом внутриатомного равновесия вследствие потери одного электрона или же его приобретения. Одним словом, статическим электричеством называют самостоятельно возникающий электрический заряд, чаще всего это связано с трением одной поверхности об другую.

Причиной явления становится трение или же соприкосновение двух разнородных веществ диэлектриков. В этом случае атомы одного из веществ отрывают электроны другого. Между двумя телами возникает разность потенциалов. После того как тела разъединятся, каждое сохранит свой заряд, а разность потенциалов возрастет.
Статическое электричество не наблюдается при влажности воздуха, превышающей 85%. Дело в том, что в этом случае электрические разряды не могут нейтрализоваться.

Физическая природа статического электричества

Можно теоретически рассчитать вероятность возникновения статического электричества, для этого используется Трибоэлектрическая шкала. Чем выше располагается материал на шкале, тем сильнее он заряжается. В верхней части шкалы располагаются материалы с положительными зарядами, а в нижней с отрицательными. Действует и другая закономерность, чем больше разнесены между собой материалы, тем более мощным станет заряд. Так в верхней части шкалы располагается воздух и руки человека, а в нижней янтарь и хлопок, т.е. максимально мощный заряд возникнет при контакте человеческой руки и хлопка.

Эти знания, прежде всего, имеют практическое применение. Так как именно статическое электричество может стать причиной мощного возгорания на производстве. Результаты могут быть самыми непредсказуемыми: от взрыва бензина в бензобаке и до взрыва танкера или пыли в угольной шахте. Более того, взрыв может вызвать даже мучная пыль на мельнице.

Влияние на организм человека 

Разумеется, человека в значительно большей мере волнует бытовая составляющая явления, так как далеко не все работают на производстве.

Итак, способность накапливать положительные заряды характеризуются все части тела человека, начиная с кожи и волос. Возникновение статического заряда становится возможным при любом контакте с полимером. Главная проблема – негативное влияние заряда на здоровье человека.

Человек становится носителем электрического заряда в случае длительного контакта с наэлектризованными предметами. В этом случае он становится своего рода сосудом, набирающим жидкость, а каждая капля может стать уже последней.

Так, если человек спит, статическое электричество проявляет себя в раздражении нервных окончаний на коже. У человека меняется сосудистый тонус, наблюдаются системные сдвиги, могут возникнуть отклонения в работе нервной системы, повышается утомляемость, а сон не приносит облегчения.

Статическое электричество в быту не формирует мощных зарядов, однако может вызывать неприятности со здоровьем. В то время как на производстве статическое электричество может стать причиной серьезной аварии. Вот почему знания о его природе и механизме возникновения необходимы каждому.

Читайте также — короткое замыкание

Просмотров: 3208

Статическое электричество что это такое простыми словами

Статическое электричество — см. Электричество статическое … Российская энциклопедия по охране труда

СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

— СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, некоторое количество ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ в состоянии покоя, а не движения, как в случае с ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ. Как правило, незаряженные АТОМЫ обладают одинаковым количеством положительных и отрицательных ЭЛЕКТРОНОВ.… … Научно-технический энциклопедический словарь

статическое электричество — 3.1 статическое электричество: Совокупность явлений, связанных с разделением положительных и отрицательных электрических зарядов, сохранением и релаксацией свободного электростатического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

статическое электричество — rus статическое электричество (с) eng static electricity fra électricité (f) statique deu statische Elektrizität (f) spa electric >Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки

статическое электричество — statinė elektra statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. static electricity vok. statische Elektrizität, f rus. статическое электричество, n pranc. électricité statique, f … Fizikos terminų žodynas

Электричество статическое — Статическое электричество: совокупность явлений, связанных с разделением положительных и отрицательных электрических зарядов, сохранением и релаксацией свободного электростатического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на… … Официальная терминология

Электричество — (Electricity) Понятие электричество, получение и применение электричества Информация о понятии электричество, получение и применение электричества Содержание — это понятие, выражающее свойства и явления, обусловленные структурой физических… … Энциклопедия инвестора

электричество — сущ., с., употр. сравн. часто Морфология: (нет) чего? электричества, чему? электричеству, (вижу) что? электричество, чем? электричеством, о чём? об электричестве 1. Электричеством называют вид энергии, которую люди используют для приведения в… … Толковый словарь Дмитриева

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — (от греч. elektron янтарь, так как янтарь притягивает легкие тела). Особенное свойство некоторых тел, проявляющееся только при известных условиях, напр. при трении, теплоте, или химических реакциях, и обнаруживающееся притягиванием более легких… … Словарь иностранных слов русского языка

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО СТАТИЧЕСКОЕ — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности (или в объеме) диэлектриков или на изолированных проводниках. Заряды статического электричества (СЭ) образуются при самых… … Российская энциклопедия по охране труда

Нарушение баланса между электрическими зарядами внутри материала или на его поверхности это возникновение статического электричества. Заряд сохраняется, пока он не будет снят вследствие протекания электрического тока или разряда. Статическое электричество вызывается при контакте и разделении двух поверхностей, и хотя бы одна из поверхностей является диэлектриком – непроводящим электрический ток материалом. Со статическим электричеством большинство из людей знакомы, поскольку они видели искры в момент нейтрализации избыточного заряда, ощущали на себе разряд и слышали сопровождающий его треск.

Причины статического электричества

Вещества состоят из атомов, которые в обычном состоянии электрически нейтральны, поскольку содержат равное количество положительных зарядов (протонов ядра) и отрицательных зарядов (электронов атомных оболочек). Статическое электричество заключается в разделении положительных и отрицательных зарядов. При контакте двух материалов электроны могут переходить с одного материала на другой, что приводит к избытку положительных зарядов на одном материале, и равном избытке отрицательного заряда на другом материале. При разделении материалов образовавшийся дисбаланс зарядов сохраняется.

В контакте материалы могут обмениваться электронами; материалы, слабо удерживающие электроны, склонны их терять, в то время как материалы, в которых внешние оболочки атомов не полностью заполнены, склонны захватывать электроны. Этот эффект называется трибоэлектрическим, и приводит к тому, что один материал заряжается положительно, а другой отрицательно. Полярность и величина заряда при разделении материалов зависит от относительного положения материала в трибоэлектрическом ряду.

Материалы располагаются в ряду, один конец которого является положительным, а другой отрицательным. При трении пары материалов материал, располагающийся ближе к положительному концу ряда, заряжается положительно, а другой – отрицательно. Единого трибоэлектрического ряда (подобного ряду напряжений металлов), не существует, как нет и единой теории электризации. Обычно ближе к положительному концу ряда располагаются материалы с большей диэлектрической проницаемостью.

Порядок следования материалов в трибоэлектрическом ряду может быть нарушен. Так в паре шелк-стело, стекло отрицательно, в паре стекло-цинк, отрицателен цинк, а в паре цинк-шелк, отрицательно заряжается не цинк, как следовало бы ожидать, а шелк. Такое отсутствие упорядоченности называется трибоэлектрическим кольцом.

Трибоэлектрический эффект – основная причина возникновения статического электричества в повседневной жизни, при взаимном трении различных материалов. Например, если потереть воздушный шарик о волосы, он заряжается отрицательно, и может притягиваться к положительно заряженным источникам стены, прилипая к ней и нарушая законы тяготения.

Предупреждение и удаление статических зарядов

Предотвратить накопление статики очень просто – достаточно открыть окно или включить увлажнитель воздуха. Увеличение содержания влаги в воздухе приведет к увеличению ее электрической проводимости, аналогичного эффекта можно добиться ионизацией воздуха.

Особо чувствительны к статическим разрядам предметы можно защитить нанесением антистатического средства.

Особенно чувствительны к разрядам статического электричества полупроводниковые компоненты электронных устройств. Для защиты этих устройств обычно используются токопроводящие антистатические пакеты. Работающие с полупроводниковыми схемами люди зачастую заземляют себя антистатическими браслетами, надеваемыми на кисть руки. Избежать образования статических зарядов при контакте с полом (например, в больницах), можно путем ношения антистатической обуви с токопроводящей подошвой.

Разряд

Искра – это разряд статического электричества, когда избыточный заряд нейтрализуется потоком зарядов из окружения или к окружению. Электрический удар вызывается раздражением нервов при протекании нейтрализующего тока через человеческое тело. Запасенная энергия статики зависит от размера объекта, электрической емкости, напряжения, до которого он оказался заряженным, и диэлектрической проницаемости окружающей среды.

Для моделирования эффекта разряда статики на чувствительные электронные приборы, человеческое тело представляется как электрическая емкость в 100 пФ, заряженная до напряжения от 4 до 35 кВ. При касании объекта эта энергия разряжается менее чем за микросекунду. Хотя общая энергия разряда мала, порядка миллиджоулей, она может повредить чувствительные электронные приборы. Большие объекты запасают больше энергии, что представляет опасность для людей при контакте, или воспламенить искрой горючий газ или пыль.

Молния

Молния – пример статического разряда атмосферного электричества в результате контакта частиц льда в грозовых облаках. Обычно значительные разряды могут накапливаться только в областях в малой электрической проводимостью. Разряд обычно наступает при напряжении поля порядка 10 кВ/см, в зависимости от влажности. Разряд перегревает окружающий воздух с образованием яркой вспышки и звука треска. Молнии – всего лишь масштабный вариант искры статического разряда электричества. Вспышка возникает вследствие нагрева воздуха в канале разряда до такой высокой температуры, что он начинает излучать свет, как и любое раскаленное тело. Удар грома – последствия взрывного расширения воздуха.

Электронные компоненты

Многие полупроводниковые приборы электронных устройств очень чувствительны к присутствию статики и могут быть повреждены разрядом. При обращении с наноустройствами обязательно ношение антистатического браслета. Другой мерой предосторожности является снятие обуви с толстой резиновой подошвой и постоянное стояние на металлическом заземленном основании.

Образование статического электричества в потоках возгораемых и горючих материалов

Разряд статического электричества представляет опасность в отраслях промышленности, где применяются горючие вещества, где маленькие электрические искры могут привести к взрыву. Движение мельчайших частиц пыли или жидкостей с малой электропроводностью в трубопроводах или их механическое перемешивание может вызвать образование статики. При статическом разряде в облаке пыли или паров возможен взрыв.

Взрываться могут зерновые элеваторы, лакокрасочные фабрики, участки производства стекловолокна, топливозаправочные колонки. Накапливание заряда в среде происходит при ее электрической проводимости менее 50 пС/м, при большей проводимости образующиеся заряды рекомбинируют (рекомбинация – процесс, обратный ионизации), и накапливания не происходит.

Наполнение больших трансформаторов трансформаторным маслом требует соблюдения предосторожностей, поскольку электростатические разряды внутри жидкости могут повредить изоляцию трансформатора.

Поскольку интенсивность образования зарядов тем выше, чем выше скорость течения жидкости и диаметр трубопровода, в трубопроводах диаметром более 200 мм скорость течения жидкости ограничивается стандартом. Так, скорость течения углеводородов с содержанием воды обычно ограничивается на уровне 1 м/с.

Образование зарядов ограничивается заземлением. При проводимости жидкости ниже 10 пС/м этой меры оказывается недостаточно, и к жидкости добавляются антистатические присадки.

Перекачивание топлива

Перекачивание горючих жидкостей наподобие бензина по трубопроводам может привести к образованию статического электричества, а разряд может привести к возгоранию паров топлива.

Подобные случаи происходили на автозаправках и в аэропортах при заправке самолетов керосином. Здесь также эффективно заземление и антистатические присадки. Течение газа в трубопроводах представляет опасность лишь при наличии в газе твердых частичек или капелек жидкости.

На космических аппаратах статическое электричество представляет большую опасность вследствие низкой влажности среды, и с этой опасностью придется считаться при осуществлении запланированных полетов на Луну и Марс. Пешие переходы по сухой поверхности могут вызвать образование огромных зарядов, могущих повредить электронные устройства.

Озонное растрескивание

Статические разряды в присутствии воздуха или кислорода вызывают образование озона. Озон повреждает резиновые детали, в частности, ведет к растрескиванию уплотнителей.

Энергия статического разряда

Высвободившаяся при статических разрядах энергия варьируется в широких пределах. Разряды энергией более 5000 мДж представляют опасность для человека. Один из стандартов предполагает, что предметы потребления не должны создавать разряд с энергией выше 350 мДж на человека. Максимальное напряжение ограничивается значением 35-40 кВ вследствие ограничивающего фактора – коронного разряда. Потенциал ниже 3000В обычно человеком не ощущается. Прохождение пешком 6 метров по полихлорвиниловому линолеуму при влажности воздуха 15% вызывает образование потенциала 12 кВ, в то время как при 80% влажности потенциал не превышает 1,5 кВ.

Искра возникает при энергии выше 0,2 мДж. Искру подобной энергии человек обычно не видит и не слышит. Чтобы произошел взрыв в водороде, достаточно искры с энергией 0,017 мДж, и до 2 мДж для паров углеводородов. Электронные компоненты повреждаются при энергии искры между 2 и 1000 нДж.

Применение статики

Статическое электричество широко используется в ксерографах, воздушных фильтрах, для окраски автомобилей, фотокопировальных устройствах, краскораспылителях, принтерах, и заправке топливом воздушных судов.

Люди постоянно сталкиваются со статическим электричеством, точнее с его проявлениями (в своей квартире, в автомобиле, на производстве и т.д.). Однако не многие из нас всерьез задумывались о природе его возникновения, физических свойствах, характеристиках, средствах защиты от статического электричества. Настоящая статья посвящена поиску ответов на перечисленные вопросы.

Что такое статическое электричество

Для молекулы или атома любого вещества нормальным является равновесное состояние, т.е. число положительных (протонов) и отрицательных (электронов) частиц в атоме одинаково. Но электроны вещества могут легко (у разных материалов по разному) перемещаться от одного атома к другому, тем самым формируя положительный (недостающий электрон) или отрицательный (избыточные электрон) заряд атома. Именно такой дисбаланс в атомах и молекулах формирует статическое электрополе. Такие поля нестабильны и при первой же возможности разряжаются.

ГОСТ 17.1.018-79 “Статическое электричество. Искробезопастность» трактует термин «статическое электричество» как способность свободных электрических зарядов возникать, сохраняться и релаксировать в объеме и на поверхности полупроводников и диэлектриков.
Обязательным «спутником» статического поля является сухой воздух. При влажности выше 80% такие поля практически никогда не формируют т.к. вода является отличным проводником и не позволяет избыточному электричеству накапливаться на поверхности материалов.

Источники возникновения статического поля и причины его генерирования

Все мы помним со школьного курса физики опыт с эбонитовым стержнем, или пластмассовой расческой и куском шерстяной ткани. После натирания стержня тканью он был способен притягивать к себе мелко нарезанные кусочки бумаги.

Опыт с эбонитовым стержнем

Трение двух поверхностей является самым распространенным источников возникновения статического поля. Необязательно тереть два материала друг о друга. Статическое поле может возникнуть при одиночном контакте, к примеру, в случае наматывания/разматывания тканевой ленты.

Также источниками генерирования статического поля могут служить:

• Резкие температурные перепады;
• Высокий уровень радиации.

Статическое поле может быть «самоприобретенным» и «наведенным», т.е. полученным от другого сильно наэлектризованного объекта без непосредственного контакта с ним. Такой метод «принудительной электризации» называют индукцией.

Всем нам хорошо известен электрический треск при снятии верхней одежды или «электрический удар» от кузова автомобиля. Мы наблюдаем и нередко испытываем на себе действие статических разрядов при расчесывании волос, нарезании бумаги, переливании бензина и т.д.

Обязательным условием для генерирования статического электрополя является наличие магнитных полей. Таким образом, следует констатировать, что свободные заряды окружают нас постоянно. Но человеку этого мало и он активно использует в своей повседневной жизни и работе огромное количество различных электрических устройств, тем самым только увеличивая общую «электрическую напряженность» среды обитания.

Сфера использования

Электростатические приборы и устройства, принцип действия которых основывался на трении, так и не смогли покинуть лабораторных полок и учебных, где они, преимущественно, используются в качестве демонстрационного материала.

Попытки использовать статические поля для генерации электрического тока тоже не принесло особых успехов. Генераторы Ван Дер Граафа и Феличи, которые были созданы в 30-ом и 40-ом году прошлого столетия, тоже не нашли себе широкого применения, т.к. это оборудование было достаточно громоздко.

Генераторы Ван Дер Граафа

К тому же их функционирование и техническое обслуживание обходилось очень дорого.

Очень полезным с точки зрения промышленного применения, оказалось открытие коронного разряда, который широко применяется в различных областях промышленности. В частности, с его помощью, можно очищать газы от различных примесей и наносить краску на поверхность любой конфигурации.

Проблемы, связанные со статическим электричеством

Значительно большее внимание сегодня уделяется проблемам, которые являются прямым следствием накопленного электростатического напряжения. Электроудары различной мощности могут поражать человека, как в домашних условиях, так и на работе.

Статическое электричество в быту

К примеру, свитер из синтетической ткани, в результате трения со спинкой кресла или с материалом верхней одежды, способен накапливать разряд, который «даст о себе знать» при его снимании. Гораздо мощнее бьет при прикосновения к кузову автомобиля, который наэлектризовался от трения об воздух.

Любой электрический прибор, будь то кухонный комбайн, ноутбук, монитор компьютера или пылесос, обязательно несет в себе электростатический заряд, который «охотно» переходит в человека при контакте. Такой «переход» может вызывать, а может и не вызывать болезненные ощущения, но он однозначно вреден для человеческого организма.

Ученые давно доказали, что воздействие энергии статического электричества представляет опасность для здоровья человека, в частности для сердечно-сосудистой и центральной нервной системы.

Защита

В упоминаемом ранее, ГОСТе детально рассматриваются способы защиты от влияния статических полей, самым простым из которых является надежное заземление оборудования.

Что можно сделать защиты от статических полей помещений частного дома и промышленных помещений?

Видео: как избавиться от статического электричества.
https://www.youtube.com/watch?v=ls-hBlqJu9Y

Для защиты людей и высокоточного оборудования от воздействия статического электричества на производстве используют специальные экраны и другие электромеханические приспособления. Для подавления электризации в жидких полимерах применяют специальные присадки и растворители. Широко используются в качестве для защиты от статического электричества в быту и на производстве различные антистатики.

Антистатическая спец. одежда

Это химические вещества, имеющие низкую молекулярную массу, что позволяет их молекулам легко перемещаться и, в дополнение к этому, вступать реакцию с атмосферной влагой. Совокупность этих характеристик позволяет им рассеивать очаги возникновения статических полей и снимать статистическое напряжение с человека.

Что такое электричество и как оно возникает ⋆ diodov.net

Электроника – это замечательная прикладная и теоретическая наука, которая с каждым днем набирает обороты, распространяется и внедряется во все отрасли. Изучение ее следует начинать с самых общих понятий и физических процессов. Знание которых, в дальнейшем упростит понимание принципов работы различных электронных приборов и устройств. И первое понятие, которое нам нужно усвоить – это, что такое электричество?

Открытие электричества

Впервые свойства электричества были обнаружены более 2,5 тысяч лет назад древним философом Фалесом Милетским, когда он протирал шерстью янтарь.

Внимательный философ заметил, что к уже натертому драгоценному камню притягиваются мелкие предметы. Хотя по логике, сформированной на уровне знаний того времени, все предметы должны были притягиваться к земле, т.е. падать на землю под действием сил притяжения. Однако натертый шерстью янтарь приобретал некоторое загадочное свойство, впоследствии названое зарядом, который создавал силу по величине превосходящую силу земного притяжения. И эта сила получила название «электричество». Так как слово «электрон» с греческого переводится «янтарь», то электричество дословно можно перевести янтаричество.

В те давние времена считалось, что только янтарь обладает неким загадочным свойством, способным после натирания шерстью притягивать легкие предметы, преодолевая силу земного притяжения. Однако сейчас подобный опыт довольно просто повторить, если вместо этого камня взять пластмассовую палочку и потереть ее об одежду, содержащую в своем составе шерсть. Затем, при поднесении натертой палочки к мелким кусочкам бумаги под действием электрических сил кусочки бумаги притянутся к палочке.

Из выше сказанного давайте выделим два важнейших момента:

1. Только после натирания о шерсть пластмассовая палочка приобретает некие свойства.
2. Приобретенные свойства порождают некую силу, под действие которой к палочке притягиваются кусочки бумаги.

Теперь мы четко знаем, на какие вопросы на нужно найти ответ, чтобы понять, что такое электричество.

Давайте рассмотрим физику происходящего процесса. И первым делом, чтобы анализировать, что происходит с веществом (в данном случае с пластмассой и шерстью) нам понадобятся знания о строении любого вещества. Заранее скажем, что в дальнейшем рассказе будем принимать обобщения и упрощения, однако они не исказят суть данной темы.

Строение атома

И так, начнем. Любое вещество, будь то дерево, камень, стекло или вода, состоит из более мелких элементов, которые называются молекулами. Например, капля воды состоит из множества отдельных молекул, имеющих знакомую нам химическую формулу H₂O. Далее молекулу вещества можно разделить еще на более мелкие частицы – атомы.

Одно время считалось, что атом является наименьшей частичкой, существующей в природе и на более мелкие элементы разделить его уже невозможно. Поэтому слово «атом» переводится з древнегреческого «неделимый».

Сейчас известны всего лишь более ста различных атомов, однако они могут образовать миллионы разных молекул и соответственно столько же разных веществ. Например, молекулу воды H₂O образуют два атома водорода H и один кислорода O.

Со временем, проделав множество кропотливых опытов, ученые пришли к выводу о существовании еще гораздо меньших частичек.

Планетарная модель атома

Центральный и наиболее тяжелым элементом атома считается ядро. Вокруг него на некотором расстоянии по разным орбитам перемещаются электроны. Ядро не является цельным элементом, его составляют протоны и нейтроны.

Электроны обладает отрицательным зарядом, а протоны – положительным. Нейтрон не проявляет свойств ни тех, ни других зарядов, т.е. он нейтрален, отсюда и получил свое название.

Для упрощения некоторых процессов применяется планетарная модель атома. По аналогии с Солнцем, вокруг которого по орбитам движутся планеты, в атоме вокруг ядра движутся электроны. Но электрон – это не какая-то плотная частичка, а размазанный в пространстве сгусток энергии, наподобие расплюснутой шаровой молнии.

Масса протона приблизительно в 2000 раз превышает массу электрона. Но суммарный положительный электрический заряд всех протонов равен суммарному отрицательному заряду всех электронов. Поэтому при нормальных условиях (по умолчанию) атом электрически нейтрален и за его пределами не ощущаются никакие силы. Положительные и отрицательные заряды как бы нейтрализуют друг друга.

В периодической системе химических элементов, известной нам, как таблица Менделеева, все атомы расположены в строгой последовательности: от наиболее легкого до наиболее тяжелого – по величине относительной атомной массе, основную долю которой составляют протоны. Нейтроны также имею массу, но о них мы говорить не будем, поскольку они не обладают выраженным электрическим зарядом.

Наиболее легким химическим элементом является водород, поэтому он первый размещен в таблице Менделеева. Атом водород имеет один протон и один электрон. Другие химические элементы содержат несколько протонов в ядре. А вокруг ядра по нескольким орбитам перемещаются электроны. Чем ближе электрон находится к ядру, тем сильнее, с большей силой он притянут к протону. Электроны, расположенные на наиболее отдаленных орбитах, имеют самую слабую электрическую связь с протонами. И если атому придать некоторой энергии из вне, например нагреть его, то под действием избыточной энергии электрон может покинуть свою орбиту, и соответственно свой атом.

Однако он может не только покинуть совой атом, но и занять место на орбите другого атома. Именно те электроны, которые расположены на самых удаленных от ядра орбитах, в электронике имеют практическое применение, поскольку при наличии дополнительной энергии они легко покидают свои орбиты и становятся свободными. А свободный электрон при перемещении уже может выполнять некоторую полезную работу.

Положительный и отрицательный ионы

Как мы уже ранее заметили, по умолчанию атом электрически нейтрален: положительный и отрицательный заряды равны и компенсируют другу друга. Но как только хотя-бы один электрон покинет сове место в атоме, то суммарный положительный электрический заряд протонов преобладает отрицательный заряд всех оставшихся электронов, поэтому такой атом вцелом имеет свойства положительного заряда и называется положительный ион.

Если атом получил дополнительный электрон, то в нем будет преобладать отрицательный заряд. В этом случае атом называется отрицательный ион.

Следует заметить, что не только атом будет иметь положительный или отрицательный заряд, но и молекула, а соответственно и вещество, которое содержит данный атом.

Электризация

Процесс получения дополнительного электрона или, наоборот потеря электрона, называется электризация. Если какое-либо тело имеет избыток или нехватку электронов, т.е. явно выраженный заряд какого либо знака, то говорят, что тело наэлектризовано.

Опытным путем установлено, что заряды одного знака отталкиваются, а разных знаков притягиваются. Подобный опыт можно повторить следующим очень известным образом: подвесить на нити два металлических шарика, которые изначально имеют нейтральный заряд. Далее придать одному шарику положительный заряд, а второму отрицательный. В результате шарики притянутся друг к другу. Если двум шарикам сообщить заряд одного знака, то они будут отталкиваться.

Теперь настало время вернуться к нашему опыту с натиранием шерстью пластмассовой палочки. При натирании пластмассы за счет сил трения, электронам, находящимся в атомах шерсти сообщается некоторая энергия, под действие которой они покидают свои атомы и занимают место на орбитах атомов пластмассы. В результате этого пластмассовая палочка приобретает отрицательный заряд за счет избытка электронов, поступивших из шерсти.

При натирании стеклянной палочки шелком, все происходит наоборот. Электроны поверхностного слоя стекла покидают палочку. В этом случае стеклянная палочка приобретает положительный заряд за счет перевеса суммарного заряда протонов.

Таким образом, изменение количества электронов в верхних слоях рассматриваемых материалов во время их трения, называют электризация трением.

Здесь следует заметить, что вследствие трения лишь очень мизерная часть атомов отдает свои электроны. Даже если сказать, что одна миллиардная часть атомов остается без электронов на внешней орбите, то это все еще будет слишком большим преувеличением, поэтому массы наэлектризованных тел остаются практически неизменными.

Также нужно заметить, что в результате электризации электроны ни откуда не возникают и никуда не деваются, а лишь переходят с атомов одного тела к атомам другого тела.

В нашем опыте мы использовали стекло, пластмассу, шерсть, шелк. По этим материалам очень плохо перемещаются электроны, поэтому они относятся к хорошим диэлектрикам – материалам, которые в отличие от проводников, имеют очень плохую проводимость.

В диэлектриках заряд остается на месте его возникновения и не может перейти по поверхности через все тело на другие, соприкасающиеся с ним предметы. Поэтому, когда мы натираем шерстью пластмассовую палочку, то образовавшиеся свободные заряды остаются на своих местах: электроны, покинув шерсть находят новые места на поверхности пластмассовой палочки.

Электризация металла

Если мы возьмем хорошо проводящий материал, например кусок металла, то при натирании его о диэлектрик, образовавшийся на поверхности металла заряд, мгновенно уйдет в землю через наше тело и другие предметы. Поскольку в отличии от рассматриваемых диэлектриков наше тело обладает относительно хорошей проводимостью и по нему сравнительно легко перемещаются заряды.

Опыт электризации трением не получится оценить и в том случае, когда мы возьмём два металлических предмета даже с хорошо изолированными рукоятками. При взаимном трении металл об металл, как и в предыдущих опытах возникнут свободные электроны. Однако вследствие наличия неизбежной шероховатости поверхностей не получится одновременно по всей поверхности отделить оба металлические предмета, и в последней точке соприкосновения двух поверхностей электроны перетекут через так называемый «мостик» пока их количество снова не станет таким же, как и до натирания.

Статическое электричество

И так, с первым пунктом мы разобрались и теперь знаем, что при натирании рассмотренных предметов, некоторые электроны получают избыточную энергию и покидают атомы одного тело, которое становится положительно заряженным и занимают места на орбитах атомов другого вещества, которое приобретает свойства отрицательного заряда. При этом заряды одного знака отталкиваются друг от друга, а разных знаков – притягиваются. Силы, порождаемые зарядами, называются электрическими. А сам факт наличия электрических зарядов и их взаимодействие называют электричество.

В рассмотренных примерах получают так называемое статическое электричество.

Электрическая сила

Теперь рассмотрим второй пункт нашего опыта. Что же происходит с кусочком бумаги? Почему она притягивается к заряженной пластмассовой палочке?

Сущность физического процесса здесь заключается в следующем. При поднесении заряженного тела к незаряженному телу под действием электрических сил происходит перемещение электронов к одному из краев тела. И этот край тела ввиду избытка электронов становится отрицательно заряженным, а противоположный край соответственно положительно заряженным. Средняя часть тела будет нейтрально заряженной. Таким образом, заряды смещаются по краям данного тела.

Ближе к поднесенному заряженному телу будут стремиться заряды противоположного знака. Например, если палочка заряжена положительно, то к ней притянется бумага, той поверхностью, на которой скопились отрицательные заряды. И наоборот.

Такое воздействие заряженным телом на другие тела, находящиеся на расстоянии, называют индуцированным воздействием.

Перемещение зарядов в проводниках при воздействии на него заряженным телом, происходит под воздействием силы электрического поля, свойства которого мы рассмотрим отдельно.

Здесь же мы еще заметим, что сила, с которой притягиваются либо отталкиваются тела, определяется величиной заряда, расстоянием между телами и средой, в которой находятся заряженные тела. Эта зависимость была установлена известным ученым Кулоном, и получила название закон Кулона.

Подытожим выше сказанное. Что такое электричество? Электричество – это наличие и взаимодействие зарядов разного знака. В дальнейшем вы увидим, что заряды образуются не только путем электризации трением, но и другими способами, например под действием протекания химических реакций. Именно так появляются электричество в батарейке, которую правильно называть гальванический элемент.

Еще статьи по данной теме

Электричество для детей — что такое электричество и откуда оно берется?

Представьте, вы с ребенком собрались просмотреть мультфильм или познавательную передачу, улеглись на диван и вдруг ваше чадо спрашивает: «А от чего работает телевизор/телефон/планшет?» Вроде бы ответ простой — от электричества, но не нужно быть Нострадамусом, чтобы предугадать следующий вопрос, который поступит от ребенка: «А откуда берется электричество?» И здесь у многих родителей наступает ступор, в особенности у тех, кто не заканчивал физмат, и их профессия никоим образом не связана с этим направлением.

Конечно, можно ответить так же просто, как и на предыдущий вопрос: «Электричество берется из розетки». Но чтобы ваш ребенок получил полный и раскрытый ответ, причем доступным и понятным языком, без заумных формул и определений, которыми написана большая часть учебников по физике, мы предлагаем задержаться на этой странице и прочитать, возможно, не новую, но полезную и познавательную информацию.

Что такое электричество?

Само слово «электричество», а точнее, «электрическая» сила появилось более 2000 лет назад в Древней Греции. Люди заметили, что если потереть янтарь о шерсть, то камень начинает притягивать к себе различные предметы небольшого размера. Янтарь на древнегреческом языке именовался «электроном», отсюда и произошло само название.

Но дальше простых экспериментов со статическим электричеством у Древних Греков изучение загадочного феномена не продвинулось. А раскрывать сущность всего явления стали намного позже. Ученые выяснили, что окружающие предметы состоят из элементарных частиц: протонов и электронов. Эти два вида частичек имеют электрический заряд: у электрона он отрицательный, а вот у протона — положительный. Притягиваясь друг к другу, они тесно взаимодействуют и в зависимости от количества протонов и электронов образуют атомы разных материй.

Сами протоны располагаются в ядре атома, а вот электроны вращаются возле них по кругу. Атомы с количеством протонов равным числу электронов имеют нулевой заряд. Например, если камень янтаря лежит сам по себе, и его никто не трогает, то его атомы также имеют нулевой заряд. Но стоит потереть атомы янтаря об атомы шерсти, как электроны из шерсти мигом переберутся на янтарные, и их «переизбыток» сделает заряд отрицательным. Такой камушек с «новой силой» и начинает притягивать к себе мелкие предметы с нулевым или положительным зарядом, а если у предмета будет отрицательный заряд — он их оттолкнет.

Электрический ток — организованный отряд электронов

Но каким образом электричество живет в розетке, если все настолько рассеянно в этой схеме?

Почти все атомы могут терять и хватать электроны. Так, если у одних их будет избыток, а у других —недостаток, то направляемые электрическими силами электроны устремятся туда, где их не хватает. Вот этот поток и называется электрическим током.

Среди привычных нам понятий электрический ток похож на реку, которая, разливаясь на множество ответвлений, питает электроприборы. Но перед тем, как направить этот поток отрицательно заряженных частиц, их нужно откуда-то взять?

Над этим вопросом бились лучшие умы прошлого тысячелетия, но первым смог сделать прорыв итальянский ученый — Алессандро Вольта, который в 1800 году изобрел первую батарею, получившую название «Вольтов столб», тем самым подарив миру надежный источник постоянной электроэнергии. В благодарность за такое открытие фамилия ученого была увековечена, и с того времени напряжение тока измеряется в вольтах.

Откуда берется электричество?

Несмотря на то, что «Вольтов столб» и совершил прорыв в науке того времени, за последующие 200 лет была сделана уйма более глобальных открытий и выявлено множество способов добывать электрический ток, для которых построены огромные сооружения и используются новейшие технологии! А теперь по порядку.

ТЭС — тепловая электростанция

Для выработки тока на ТЭС установлен турбоэлектрогенератор, состоящий из:

• неподвижной части — статора в виде двухполярного магнита;
• вращающегося ротора, который обмотан медной проволокой, так как этот металл считается наилучшим и наиболее доступным проводником.

Беспрерывное вращение магнита постоянно меняет полярность (полюса) отчего электроны в проволоке приходят в движение, как в примере с янтарем и шерстью, только в больших масштабах. Но чтобы весь этот механизм работал и вырабатывалось электричество, «что-то» должно крутить огромную турбину. Для этой цели на ТЭС установлены огромные котлы, которые нагревают воду до 450 ℃, отчего она превращается в пар. Далее под высоким давлением пар поступает из котла на лопасти, закрепленные к ротору, и запускает его в работу с невероятной скоростью — 3000 оборотов в минуту!

АЭС — атомная электростанция

Здесь так же, как и в ТЭС, установлен турбоэлектрогенератор, но вот за нагрев воды отвечает очень опасный, но энергоэффективный Уран-235. Чтобы он выделил тепло, на АЭС построены огромные ядерные реакторы, в которых Уран-235 распадается на мелкие частички, отчего и вырабатывается большое количество энергии, используемой для нагрева воды до состояния пара и запуска турбоэлектрогенератора.

ГЭС — гидроэлектростанция

Более безопасный, но не менее эффективный способ получения энергии. Хотя для него и потребуется соорудить целую цепь гидротехнических сооружений, чтобы создать необходимый напор воды для обеспечения работы турбин электрогенератора. А далее принцип, как и в предыдущих двух электростанциях: крутится ротор и вырабатывается электричество.

Ветряные станции

Выглядят они величественно и красиво, да и с помощью силы ветра еще в древности запускали в работу огромные механизмы, такие как ветряные мельницы.

В современном мире решили усовершенствовать этот механизм и использовать для преобразования механической энергии в электрическую. Принцип следующий: ветер толкает огромные лопасти, которые запускают в работу ротор генератора, а он уже, как мы знаем на примере первых трех электростанций, и вырабатывает ток.

Но таким способом при помощи одного ветрогенератора не обеспечишь электричеством даже небольшой городок, поэтому и устанавливается целая сеть огромных механизмов, состоящая из 100 и более единиц.

Немного истории

Первая в мире электростанция для общественного пользования «Перл Стрит» была построена в Нью-Йорке в 1882 году. Ее спроектировал и установил не кто иной, как Томас Эдисон. И даже не брал плату за пользование вырабатываемой электроэнергией, пока весь механизм не заработал слаженно и без перебоев.

Но «прабабушка» всех станций могла зажечь только 10000 ламп, хотя и по тем временам это было чем-то сверхъестественным. В то же время современные электростанции вырабатывают в тысячи раз больше, обеспечивая электрическим током города с населением в 100000 человек!

Как электрический ток поступает в дома?

После того, как электростанции выработают ток, он по кабелю попадает на распределительную подстанцию для измерения и преобразования. Там же установленные трансформаторы повышают напряжение до 10000 вольт. Благодаря такому напряжению ток с минимальными потерями передается на дальние расстояния с невероятной скоростью, составляющей до 3000 км в секунду!

Потом ток поступает на понижающую подстанцию, где трансформаторы уменьшают напряжение до 220 вольт — стандарт, принятый в РФ. И далее электричество направляется на распределительные сети города, а оттуда — к вам в дом и квартиру. Вот такой непростой путь он проделывает, чтобы зарядить наш телефон, зажечь лампочку или заставить работать холодильник.

Как ток заставляет работать электроприборы?

Но как же у тока получается запустить в работу электрические устройства? Для наглядного понимания возьмем за основу обычную лампу накаливания и вернемся к нашим маленьким частицам.

Когда электроны с невероятной скоростью проходят по спирали лампочки, они постоянно наталкиваются на атомы металла, из которых состоит спираль. Атомы раскачиваются, и их температура сильно поднимается. Таким образом, электрический ток нагревает спираль лампы до 3000 градусов, отчего она начинает светиться. Именно поэтому для спирали не подходит использование любого металла, потому что он просто будет плавиться из-за высокой температуры.

В современных устройствах — мобильных телефонах, телевизорах, микроволновых печах — задействованы более сложные схемы, но принцип остается таким же: из-за быстрого потока частиц атомы проводников нагреваются, отчего и выделяют энергию и запускают в работу приборы.

Не только друг, но и враг!

Конечно же, электричество — важное и незаменимое изобретение для всего человечества. С его помощью люди:

• сделали и ежедневно делают уйму открытий;
• лечат смертельные в прошлом болезни;
• ездят на электротранспорте, не загрязняя окружающую среду выхлопными газами;
• могут путешествовать по миру, узнавать и видеть достопримечательности не выходя из дома!

Всей пользы электричества просто не описать в одной статье!

Но при всем этом ток может быть и опасным и в долю секунды забрать жизнь любого живого существа.

Кстати, любопытный факт. Птицы, которые сидят на высоковольтных проводах, не получают разряда из-за того, что принимают такое же напряжение, как и в самом кабеле. Дело в том, что они сидят только на одной фазе, но если вдруг хвостом или другой частью тела птица коснется земли, столба или другого провода, то ток сразу же ее ударит.

Правила безопасного обращения с электричеством для детей

Маленькие дети не понимают всей опасности обращения с электричеством. Конечно, речь сейчас идет не об игрушках, питающихся от батареек напряжением в 12 вольт, а об опасном и сильном «звере», живущем в розетках. Поэтому малышей нельзя оставлять вблизи розеток без специальных заглушек, да еще и без родительского присмотра.

Для более взрослых детей стоит провести беседу и объяснить следующие правила. Нельзя:

1. Ставить или вешать посторонние предметы на провод прибора.
2. Закручивать кабель в узлы.
3. Пользоваться грязным проводом.
4. Использовать электроприбор вблизи источников тепла: батарей, плит, духовых шкафов и т. п.
5. Включать несколько мощных устройств одновременно в одну розетку. Покажите ребенку, где и как можно посмотреть мощность, или сами заранее составьте список, что с чем можно включать, а что — нет.
6. Использовать или пытаться починить сломанный электроприбор, в том числе если нарушена изоляция (целостность) кабеля, повреждена вилка и т. п.
7. Браться мокрыми руками за прибор или кабель.
8. Тянуть за шнур (нужно выключать прибор из розетки, держась за вилку).

Также могут возникнуть непредвиденные ситуации:

• искры из розетки;
• дым от кабеля или прибора;
• запах гари и т. п.

На этот случай необходимо показать ребенку, где находится электрический щиток и как его выключить, и объяснить, что после отключения электричества нужно обязательно позвонить кому-то из взрослых.

И в заключение

Мы живем в прекрасное время, когда с помощью электричества создаются невероятные вещи, делающие нашу жизнь комфортной и безопасной. Чтобы оставить нам этот бесценный дар, многие ученые положили десятилетия своей жизни на его изучение. А с нашей стороны требуется всего лишь малость — научить детей правилам обращения с электричеством и подать им правильный пример, чтобы все труды лучших умов были использованы лишь на благо человечества!

Курсы по физике для детей 7-14 лет

Обучаем физике и естественным наукам в увлекательном игровом формате.

узнать подробнее

Как работает статическое электричество?

Ответ

Нарушение баланса между отрицательными и положительными зарядами в объектах.

Две девочки «наэлектризованы» во время эксперимента в Центре науки о свободе «Camp-in», 5 февраля 2002 г. «История Америки», Библиотека Конгресса.

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.

Молодой человек сидит рядом с машиной электростатического воздействия Хольца, Колледж Дикинсона, 1889 год. Каталог эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса.

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.

Группа молодых женщин, изучающих статическое электричество в обычной школе, Вашингтон, округ Колумбия.К. Фрэнсис Бенджамин Джонстон, фотограф, около 1899 г. Отдел эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса

При трении некоторых 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!

Морской пехотинец использует жезл статического разряда для снятия избыточного статического электричества перед тем, как прикрепить гаубицу M777 к вертолету CH-53E Super Stallion во время комплексной тренировки с перегрузкой в ​​базовом лагере морской пехоты в Пендлтоне, 12 апреля 2017 года.Капрал Фрэнк Кордова, фотограф. Галерея изображений Министерства обороны США

Когда вы трут 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).

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

ВМС США выпускают пороховые фляги из латуни для предотвращения случайного воспламенения пороха из-за искр или статического электричества. Поле битвы в Уилсон-Крик, 2010 г. Служба национальных парков США, NP Gallery

Опубликовано: 19.11.2019. Автор: Справочная секция по науке, Библиотека Конгресса

Что такое статическое электричество? | Живая наука

Статическое электричество может быть неприятностью или даже опасностью. Энергия, заставляющая ваши волосы встать дыбом, также может повредить электронику и вызвать взрывы.Однако при правильном контроле и манипулировании он также может стать огромным благом для современной жизни.

«Электрический заряд — фундаментальное свойство материи», — говорит Майкл Ричмонд, профессор физики в Рочестерском технологическом институте. Почти весь электрический заряд во Вселенной переносится протонами и электронами. Считается, что протоны имеют заряд +1 электронная единица, а электроны имеют заряд -1, хотя эти знаки совершенно произвольны. Поскольку протоны обычно ограничены атомными ядрами, которые, в свою очередь, погружены в атомы, они не могут двигаться так же свободно, как электроны.Поэтому, когда мы говорим об электрическом токе, мы почти всегда имеем в виду поток электронов, а когда мы говорим о статическом электричестве, мы обычно имеем в виду дисбаланс между отрицательными и положительными зарядами в объектах.

Причины накопления статического заряда

Одной из частых причин накопления статического заряда является контакт между твердыми материалами. Согласно Гавайскому университету: «Когда два объекта трутся друг о друга для создания статического электричества, один объект отдает электроны и становится более положительно заряженным, в то время как другой материал собирает электроны и становится более отрицательно заряженным.Это связано с тем, что один материал имеет слабо связанные электроны, а другой имеет много вакансий во внешних электронных оболочках, поэтому электроны могут перемещаться от первого к второму, создавая дисбаланс заряда после разделения материалов. Согласно Северо-Западному университету, материалы, которые могут таким образом терять или приобретать электроны, называются трибоэлектрическими. Один из распространенных примеров этого — шарканье ногами по ковру, особенно при низкой влажности, которая делает воздух менее проводящим и усиливает эффект.

Поскольку одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, они имеют тенденцию перемещаться к концам заряженного объекта, чтобы уйти друг от друга. По данным Библиотеки Конгресса, именно из-за этого волосы становятся дыбом, когда ваше тело получает статический заряд. Когда вы затем касаетесь заземленного металлического предмета, такого как винт на пластине выключателя света, это обеспечивает путь к заземлению для заряда, накопившегося в вашем теле. Этот внезапный разряд создает видимую и слышимую искру в воздухе между вашим пальцем и винтом.Это связано с большой разницей потенциалов между вашим телом и землей, которая может достигать 25000 вольт.

Опасности накопления статического заряда

По данным Управления по охране труда (OSHA), эти внезапные высоковольтные разряды не только вызывают болезненный шок, но и являются источником воспламенения горючих веществ. Статический шок также может повредить хрупкую электронику. По данным НАСА, простая искра от пальца может повредить чувствительные компоненты и сделать их непригодными для использования, поэтому необходимо принять меры предосторожности, такие как хранение печатных плат в проводящих пластиковых пакетах и ​​ношение заземляющих лент для постоянного отвода статического заряда от вашего тела.

Еще одним источником статического заряда является движение жидкости по трубе или шлангу. Если эта жидкость легковоспламеняющаяся, например бензин, искра от внезапного разряда может привести к возгоранию или взрыву. Люди, работающие с жидким топливом, должны проявлять особую осторожность, чтобы избежать накопления заряда и внезапного разряда. В интервью Дэниел Марш, профессор физики Южного государственного университета Миссури, предупредил, что при заливке бензина в машину всегда следует прикасаться к металлической части автомобиля после выхода, чтобы рассеять любой заряд, который мог образоваться при скольжении по поверхности. сиденье.Кроме того, покупая бензин для газонокосилки, вы всегда должны вынимать баллончик из автомобиля и ставить его на землю, заправляя ее. Это непрерывно рассеивает статический заряд и предотвращает его накопление, достаточное для возникновения искры.

Большие резервуарные парки представляют еще большую опасность пожаров и взрывов, поэтому Национальный совет по транспорту и безопасности (NTSB) выпустил руководящие принципы, которые включают минимизацию статического электричества, предотвращение накопления заряда, предотвращение искрового разряда и контроль окружающей среды внутри резервуара.

Движущийся газ и пар также могут создавать статический заряд. Самый известный случай этого — молния. По словам Мартина А. Умана, автора книги «Все о молнии» (Довер, 1987), Бенджамин Франклин доказал, что молния является формой статического электричества, когда он и его сын запустили воздушный змей во время грозы. Они прикрепили ключ к веревке воздушного змея, и влажная веревка проводила заряд от облака к ключу, который испускал искры, когда он касался его. (Вопреки некоторым версиям легенды, в воздушный змей не попала молния.Если бы это было так, результаты могли бы быть катастрофическими.)

Франклин фактически сформировал наше представление об электричестве. Он заинтересовался изучением электричества в 1742 году. До этого большинство людей думали, что электрические эффекты являются результатом смешивания двух разных электрических жидкостей. Однако Франклин убедился, что существует только одна электрическая жидкость и что у объектов может быть избыток или недостаток этой жидкости. По данным Университета Аризоны, он изобрел термины «положительный» и «отрицательный», относящиеся к избытку или недостатку.Сегодня мы знаем, что «жидкость» на самом деле была электронами, но их не открывали около 150 лет.

По данным Лаборатории реактивного движения, облака создают зоны статического заряда из-за капель теплой воды в восходящих потоках, обменивающихся электронами с холодными кристаллами льда в нисходящих потоках. По данным НАСА, потенциал между этими атмосферными зарядами и землей может превышать 300000 вольт, поэтому последствия удара молнии могут быть смертельными. При ударе молнии ток имеет тенденцию перемещаться по поверхности тела в процессе, называемом «внешний пробой», который может вызвать серьезные ожоги, особенно в начальной точке контакта.Однако, по данным Национальной метеорологической службы, часть тока может проходить через тело и повреждать нервную систему. Кроме того, сотрясение мозга от взрыва может вызвать внутренние травмы и необратимую потерю слуха, а яркая вспышка может вызвать временное или постоянное нарушение зрения. В качестве примера огромной энергии, высвобождаемой при ударе молнии, Марш рассказал Live Science о своем личном наблюдении за большим дубом, который буквально раскололся пополам паром под высоким давлением, созданным ударом молнии.

Согласно данным Университета Флориды, если вы слышите гром, как правило, вы уже находитесь в пределах досягаемости. Если вы находитесь на улице, когда приближается шторм, вам следует немедленно укрыться в здании или транспортном средстве и не прикасаться к любому металлу. По данным Университета Бригама Янга, если вы не можете попасть внутрь, отойдите от высоких объектов, таких как деревья, башни или вершины холмов, присядьте на корточки и, если возможно, балансируйте на подушечках ног, стараясь как можно меньше соприкасаться с землей.

Применение статического электричества

Хотя статическое электричество может быть неприятным или даже опасным, как в случае статического электричества или статического разряда, в других случаях оно может быть весьма полезным. Например, статические заряды могут быть вызваны электрическим током. Одним из примеров этого является конденсатор, названный так потому, что он способен накапливать электрический заряд, аналогично тому, как пружина накапливает механическую энергию. Напряжение, приложенное к конденсатору, создает разницу зарядов между пластинами.Если конденсатор заряжен и напряжение отключено, он может сохранять заряд в течение некоторого времени. Это может быть полезно, как и в случае с суперконденсаторами, которые могут заменить перезаряжаемые батареи в некоторых приложениях, но это также может быть опасно. Электронное оборудование, такое как старые компьютерные мониторы с ЭЛТ и телевизоры, содержит большие конденсаторы, которые могут удерживать заряд до 25 000 вольт, что может привести к травмам или смерти даже после того, как устройство было выключено в течение нескольких дней.

Другой способ создания полезного статического заряда — механическое напряжение.В пьезоэлектрических материалах электроны можно буквально сдвинуть с места и заставить их покинуть область, которая находится под напряжением. Затем напряжение из-за возникающего в результате дисбаланса заряда можно использовать для работы. Одним из приложений является сбор энергии, при котором маломощные устройства могут работать на энергии, производимой вибрациями окружающей среды.

Другое применение — хрустальные микрофоны. Звуковые волны в воздухе могут отклонять диафрагму, соединенную с пьезоэлектрическим элементом, который преобразует звуковые волны в электрический сигнал.В обратном порядке электрический сигнал может заставить пьезоэлектрический преобразователь в громкоговорителе двигаться, воспроизводя, таким образом, звук.

На локальные статические заряды также может влиять интенсивный свет. Это принцип, лежащий в основе копировальных аппаратов и лазерных принтеров. В копировальных аппаратах свет может исходить от проецируемого изображения листа бумаги; в лазерных принтерах изображение наносится на барабан сканирующим лазерным лучом. Изначально весь барабан заряжается проводом коронального разряда, который испускает свободные электроны через воздух, используя тот же принцип, что и St.Элмо огонь. Электроны из проволоки притягиваются к положительно заряженному барабану. Затем изображение проецируется на фотопроводящий барабан, и заряд рассеивается из освещенных областей, в то время как темные области изображения остаются заряженными. Заряженные области на барабане могут затем притягивать противоположно заряженные частицы тонера, которые затем наматываются на бумагу, поддерживаемую положительно заряженным роликом, и расплавляются на месте с помощью электрического нагревательного элемента.

Марш отметил, что угольные электростанции используют электрофильтры для сбора твердых частиц из дымовых труб, чтобы их можно было утилизировать как твердые отходы, а не выбрасывать в воздух.В другом заявлении он описал, как статический заряд применяется к гербицидам, которые распыляются на сорняки в виде мелкого тумана. Заряженные капли притягиваются к листьям нежелательных растений и равномерно распределяются по ним, а не падают на землю и не тратятся впустую. Тот же принцип используется для окраски электростатическим распылением, поэтому больше краски попадает на цель и меньше в воздухе, а также на стенах и полу покрасочной комнаты.

Дополнительные ресурсы

Что такое статическое электричество и что его вызывает? — Объясните, что такое

Что такое статическое электричество и что его вызывает? — Объясните, что это такое. Реклама

Криса Вудфорда.Последнее изменение: 27 мая 2021 г.

Зап! Когда молния прыгает на землю, мы получаем внезапную, очень яркую демонстрацию силы статического электричество (электрическая энергия, собранная в одном месте). Наиболее 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 фантастика. 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 смысле истории человечества сейчас совсем не время.Это было во время 19 век, пионеры, такие как Алессандро Вольта, Майкл Фарадей, Джозеф Генри и Томас Эдисон разгадывали 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?

Фото: Бенджамин Франклин, отец-основатель и пионер в области электротехники. Фото любезно предоставлено американским проектом Кэрол М. Хайсмит в архиве Кэрол М. Хайсмит, Отдел эстампов и фотографий Библиотеки Конгресса США.

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 г., 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, которая готова 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).

Рекламные ссылки

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. Сильное 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, имеющих положительную центральную 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 соприкасаются разные 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 — показана 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 создается.

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).

++++++++ ПОЛОЖИТЕЛЬНО ++++++++

+ 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 («пищевая пленка»)
— Полиэтилен
— Полипропилен
— Поливинилхлорид (ПВХ)
— Селен
— Тефлон
— Силиконовый каучук
— Эбонит (очень твердая вулканизированная резина) −

−−−−−− 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 фактического материала (небольшой шарик переходит на ваш 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 больших 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. Nature, 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 приложений — 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!

Рекламные ссылки

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

Общий

Учителям

• Наука 101: В: Что такое «статическое электричество» и как я могу увидеть его эффекты? Мэтт Бобровски. Наука и дети, Том 56 № 3, октябрь 2018 г. Базовый обзор статических понятий, которые необходимо знать детям, и несколько простых экспериментов, демонстрирующих их.
• Измерение статического электричества: исследование в классе для понимания трибоэлектрического ряда, проведенное Кэрри Перри и др., Science Scope, Том 39, № 7, март 2016 г. Составление плана урока, который поможет студентам составить карту трибоэлектрического ряда для обычных материалов.
• Статическое электричество А. Генри Суонн, Наука и дети, Vol. 6, № 2, октябрь 1968 г., стр. 28–30. Некоторые классические демонстрации в классе и концепции, которые они демонстрируют.

Историческое

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.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом 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)]

Больше на нашем сайте …

Статическое электричество для детей | Интересные факты о детях

Пожалуйста, напишите или поделитесь этой статьей!

Знаете ли вы, что существуют разные виды электричества? Ну, есть, и одна из них называется статическим электричеством.

Мы собираемся рассказать вам все интересные факты о статическом электричестве, и вы станете умным ребенком! Вы также можете попробовать наш эксперимент в конце статьи, чтобы развлечься и узнать больше.

Удивительно, но мы видим статическое электричество каждый божий день; он даже накапливается на нас. Вау! Вы когда-нибудь терлись ногами о ковер, а потом касались чего-нибудь?

Ну, вот что такое статическое электричество.

Если у вас был плохой день с волосами, и он торчит прямо вверх, это означает, что ваши волосы были заряжены. Может, ты не хочешь так ходить в школу!

Есть еще один неприятный момент, когда брюки или юбки прилипают к ногам и продолжают раздражать, что бы вы ни делали.

Вот так … вот так мы видим статическое электричество каждый день.

Что такое статическое электричество?

Статическое электричество — это накопление электрического заряда на поверхности объекта.

Причина, по которой это фактически называется статическим электричеством, заключается в том, что заряды остаются в одной области в течение некоторого времени и не текут и не перемещаются в другую область.

Имеет смысл, не правда ли?

Атомы состоят из нейтронов , протонов и электронов .Электроны вращаются снаружи.

Статический заряд возникает, когда две поверхности касаются друг друга и электроны перемещаются от одного объекта к другому. Один из объектов будет иметь положительный заряд, а другой — отрицательный.

Если вы быстро потрете какой-нибудь предмет, например воздушный шарик или ступни, о ковер, они накопят довольно большой заряд.

Предметы с разным зарядом (положительным и отрицательным) будут притягиваться друг к другу, а предметы с одинаковым зарядом (положительным и положительным) будут отталкиваться друг от друга.Это что-то вроде магнита!

Итак, вы полетели с горки, и ваши волосы встают дыбом. Это из-за эффекта трения скольжения. Это вызвало положительный заряд на каждой прядке волос.

Поскольку у каждого волоса одинаковый заряд, все они пытаются оттолкнуться друг от друга, в результате чего эти забавные прямые волосы встают дыбом!

То же самое и с кожей. Если он заряжен статическим электричеством, а затем вы прикоснетесь к чему-то металлическому, ваша кожа избавится от статического электричества при прикосновении к нему.

Довольно круто, на что он способен.

Как используется статическое электричество?

Статическое электричество имеет несколько применений, вот некоторые из них:

Он используется в принтерах и копировальных аппаратах, где статические электрические заряды притягивают чернила или тонер к бумаге.

Другое применение: распылители краски, воздушные фильтры и удаление пыли.

Может ли статическое электричество вызвать повреждение?

Некоторые электронные микросхемы, например, в компьютерах, очень чувствительны к статическому электричеству.Есть специальные пакеты, в которых они хранятся.

Люди, которые работают с этими типами электроники, носят специальные ремни, которые удерживают их «заземленными», чтобы они не накапливали заряд и не разрушали электронные компоненты.

Интересные факты о статическом электричестве

Искра статического электричества может измерять тысячи вольт , но имеет очень небольшой ток и длится недолго. Он имеет небольшое количество мощности или энергии.

Молния — это тоже статическое электричество, она мощная и опасная.

Несмотря на то, что молния действительно опасна, около 70% пораженных молнией людей выживают.

Вау!

Температура в разряде молнии может достигать 50 000 ° F или 27 760 ° C. Вау, это серьезно!

Слова, которые вам нужно знать

Атомы — мельчайшая частица химического элемента, которая может существовать

Нейтроны — частица примерно такой же массы, как протон, но без электрического заряда

Протоны — стабильная частица с положительным электрическим зарядом, равным размеру электрона

Электроны — стабильная частица с зарядом отрицательного электричества, обнаруженная во всех атомах и действующая как первичный носитель электричества в твердых телах

Трение — это сопротивление, с которым сталкивается одна поверхность или объект при движении по другой

Вольт — Вольт — единица измерения разности электрических потенциалов или величина силы, которая посылает электроны по цепи

Эксперимент со статическим электричеством

А теперь проверьте то, что вы узнали, попробовав наш эксперимент со статическим электричеством! Вам понадобятся воздушный шарик, хлопковое полотенце, ножницы и полиэтиленовый пакет (убедитесь, что присутствует взрослый).

Хотите узнать больше на интересные темы, такие как трение, ускорение, энергия, свет, тепло и многое другое?

Тогда переходите в раздел «Физика»!

Физика

Статическое электричество: определение, как оно работает, факты (с примерами)

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Ли Джонсон

Электрический заряд окружает вас повсюду, но вы действительно замечаете это только в редких случаях, например, когда ваш волосы встают дыбом после того, как вы снимаете шляпу или когда вы получаете резкий удар, когда вы протягиваете руку, чтобы коснуться чего-то после того, как потираетесь ногами по ковру.

Эти два явления являются примерами статического электричества , о чем вы, вероятно, узнали в детстве. Но как статический заряд заставляет ваши волосы встать дыбом и почему он может вызвать статический разряд?

Что на самом деле происходит на атомарном уровне, порождающем эти универсальные переживания? Изучение статического электричества в деталях даст вам более подробное представление об этом удивительном свойстве материи.

Основы электрического заряда

Электрический заряд — фундаментальное свойство материи.Он разделен на положительные заряды и отрицательные заряды, и хотя некоторые частицы электрически нейтральны — например, нейтрон — на самом деле они состоят из еще более фундаментальных частиц, которые и несут электрический заряд.

Две наиболее важные заряженные частицы, о которых нужно знать, когда вы изучаете статическое электричество, — это два основных компонента атома: протоны и электроны.

Протоны заряжены положительно с зарядом + e , а электроны отрицательно заряжены при — e , где e = 1.602 × 10 ^{— 19} C. C здесь означает кулонов , что является единицей СИ для электрического заряда. 10 ^{— 19} говорит вам, что заряженные частицы имеют очень маленьких значений заряда по сравнению с одним кулоном — два заряда всего в 1 Кл, разделенные метром, будут генерировать силу, большую, чем тяга ракеты Сатурн V. пусковая тяга!

Основное правило работы электрического заряда состоит в том, что противоположные заряды притягиваются, а подобные заряды отталкиваются.Итак, если вы поднесете электрон к другому электрону, они оттолкнутся друг от друга, тогда как если вы поднесете электрон к протону, он будет притягиваться к нему.

Определение статического электричества

На самом базовом уровне статическое электричество означает просто неподвижные заряды. Однако это еще не все! Ключевым моментом в статическом электричестве является то, что оно возникает, когда есть дисбаланс заряда, и этот дисбаланс по существу создает электрический потенциал , что означает, что существует возможность для электрического тока течь (чтобы сбалансировать заряд) из-за положения заряженных частиц.

В атомах и, в более широком смысле, в большинстве повседневных предметов существует баланс между положительными и отрицательными зарядами (то есть между протонами и электронами), поэтому они электрически нейтральны, если рассматривать их все вместе.

Итак, если вы поднесете один атом близко к другому, между ними не будет электрической силы, потому что все положительные заряды уравновешиваются отрицательными зарядами, поэтому нет чистого заряда для создания силы.

Хотя на самом деле это немного сложнее (потому что электроны всегда движутся, поэтому они не всегда блокируют положительный заряд от протонов), эта нейтральная ситуация создает явный контраст с тем, что происходит, когда есть накопление статического заряда.

По сути, когда объект (например, ваши волосы после того, как потерли о них шарик) приобретает избыток или недостаток заряда (т.е. больше или меньше электронов, чем в обычном состоянии), он больше не является нейтральным и может генерировать то, что вы называете статическим электричеством. Напротив, обычное электричество — это непрерывное движение заряда (в форме электронов в электрическом токе), в то время как статическое электричество не включает движение до тех пор, пока заряды не уравновесят друг друга — и, возможно, дадут вам резкий удар в процессе!

Как работает статическое электричество

Статическое электричество в основном зависит от дисбаланса между положительными и отрицательными зарядами, но на самом деле это только электроны, которые действительно движутся, чтобы создать этот дисбаланс.

В атоме протоны тесно связаны в ядре (вместе с нейтронами), и оба они значительно тяжелее, чем отрицательно заряженные электроны, которые остаются в «облаке» вокруг ядра.

Поскольку эти более легкие частицы находятся снаружи, когда один объект вступает в контакт с другим, между ними могут передаваться электроны, и трение их друг о друга увеличивает скорость накопления заряда. Таким образом, если объект собирает лишние электроны, он становится отрицательно заряженным, а если он теряет электроны, он становится заряженным положительно.

Изоляционные материалы хорошо удерживают статический заряд, тогда как хороший проводник будет поддерживать статический заряд только в определенных ситуациях. Проводник с дополнительными электронами не удерживает статический заряд, потому что электроны могут свободно перемещаться по материалу (что является определением хорошего проводника).

Таким образом, любой накопленный заряд рассеивается слишком быстро, чтобы создать заметное статическое электричество, и он может передаваться на другие объекты, если он полностью не изолирован от остальной окружающей среды.Поскольку ток не может течь через изолятор, накопление статического электричества быстро создает заметный дисбаланс заряда и, таким образом, генерирует статическое электричество.

Поскольку одинаковые заряды отталкиваются, а противоположные заряды притягиваются, когда что-то имеет статический заряд, он будет прилипать к противоположно заряженным предметам, а также может иногда поляризовать атомов в нейтральном объекте и прилипать к нему — способ воздушный шарик прилипает к стене после того, как вы потираете его о голову.

Если накопление заряда достаточно велико и между двумя поверхностями или объектами достигается относительно высокое напряжение, заряд может перескакивать с одного объекта на другой.Вот почему вы можете получить удар статическим электричеством, если потрете ногой об пол, а затем коснетесь дверной ручки.

Примеры статического электричества

Существует множество примеров статического электричества, с которыми вы столкнетесь в повседневной жизни, даже если вы не обязательно задумываетесь о роли, которую статический заряд играет в их работе.

Одним из наиболее распространенных примеров является статическое прилипание к одежде, особенно после использования сушилки, которая поддерживает идеальные условия для развития статического электричества, а также включает трение одежды друг о друга и потенциально собирание дополнительных электронов по пути.Статический шок от одежды, заряженной таким образом, как правило, довольно небольшой, но вы определенно все равно заметите его, когда получите его!

Копировальные аппараты — отличный пример того, как статическое электричество может быть эффективно использовано. Яркий свет, который сканирует документ, создает электрическую «тень» изображения на фотопроводящей (т.е. светочувствительной) ленте, и при вращении ленты она улавливает отрицательно заряженные частицы тонера из-за статического заряда.

Под ним другая лента перемещает лист бумаги, создавая при этом сильный положительный статический заряд.Когда отрицательные заряды тонера встречаются с положительными зарядами на бумаге, тонер отпечатывается на листе бумаги по той же схеме, что и тень, улавливаемая фотопроводящей лентой.

Другой пример должен вернуть вас к уроку физики в школе: генератор Ван де Граафа и классическая демонстрация, когда у кого-то, касаясь сферы, волосы встают дыбом. Генератор работает на основе движения статических электрических зарядов с движущейся лентой, проходящей по длине устройства, и двумя металлическими «гребешками» для контроля статического заряда.

Положительно заряженная гребенка внизу (подключенная к источнику электричества) вытягивает электроны из ремня, оставляя на нем чистый положительный заряд, и этот заряд улавливается гребнем вверху, который распределяет его по большой купол наверху. Если вы коснетесь купола во время процесса зарядки, отдельные пряди ваших волос соберут одинаковые заряды и оттолкнутся друг от друга, заставив их встать дыбом!

Эксперимент с воздушным змеем Бенджамина Франклина

Молнии — это очень яркая демонстрация силы статического электричества, и Бенджамин Франклин доказал это в одной из самых известных научных демонстраций всех времен, привязав ключ к мокрому воздушному змею. струна во время грозы.

Хотя это миф, что в змей на самом деле ударила молния (это, вероятно, убило бы Франклина), электрическое поле шторма было уловлено струной, которая — во многом как в классической демонстрации генератора Ван де Граафа — заставили прядки шпагата встать дыбом. Наконец, Франклин дотронулся до ключа и почувствовал удар статического электричества, ясно продемонстрировав связь между электричеством и молнией.

Конечно, со времен Бенджамина Франклина ученые добавили гораздо больше подробностей об этом процессе.Подобно трению одежды друг о друга в сушилке или трению воздушного шара о волосы, статический заряд, который создает молнию, возникает от трения и от кристаллов льда в холодном воздухе, встречающихся с каплями воды из теплой воздушной массы.

Заряд накапливается в разных местах облака, и когда между этими местами существует достаточно большая разница в электрическом потенциале (то есть достаточно высокое напряжение), он высвобождается в виде молнии. Обычно это происходит в пределах облаков или между двумя облаками, но иногда болт ударяется о землю.

Трибоэлектрическая серия

Накопление статического заряда, вызванное трением и трением, технически называется трибоэлектрическим эффектом, и, основываясь на этой статье, вы уже знаете подробности того, что вызывает это и как это работает. Соприкосновение объектов друг с другом приводит к тому, что один из них собирает лишние электроны (все с отрицательными зарядами), а другой создает дефицит электронов и, следовательно, положительный результирующий заряд.

Однако степень, в которой различные материалы улавливают отрицательный заряд или теряют электроны и приобретают положительный заряд, зависит от характеристик материала.Хотя изоляторы обычно лучше собирают статический заряд, разные изоляторы улавливают его с разной скоростью.

Например, большинство типов резины, и в частности тефлон, очень легко улавливают электроны и, как таковые, отлично подходят для демонстраций и технологических элементов, зависящих от статического электричества. Материалы различаются в зависимости от их «электроотрицательности», что в основном означает их сродство к электрону или их склонность улавливать их от других объектов.

Трибоэлектрическая серия упорядочивает различные материалы в зависимости от их способности принимать положительный или отрицательный статический заряд.Элементы, расположенные в верхней части трибоэлектрического ряда, склонны собирать положительный заряд, в то время как элементы, расположенные внизу, с большей вероятностью приобретают электроны и в результате получают отрицательный заряд. Чем больше расстояние между двумя элементами в трибоэлектрическом ряду, тем больше их трение друг с другом создает статический заряд в них обоих.

Опасности статического электричества

Хотя большинство демонстраций статического электричества — это забавные демонстрации или незначительные курьезы, с которыми вы сталкиваетесь в повседневной жизни, важно помнить, что нежелательный статический заряд может иметь серьезные последствия.

Например, одиночная искра от статического электричества может воспламенить горючие жидкости или газы и потенциально привести к взрыву. Накопление статического электричества от скольжения по автокреслу может даже потенциально вызвать проблемы, когда дело доходит до заправки бензина, поэтому вы всегда должны касаться металлической части автомобиля перед заправкой.

Конечно, в большинстве случаев статическое электричество действительно является просто интересным явлением, но понимание того, как оно работает, может помочь вам избежать катастрофы в некоторых ситуациях.

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 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 подобные 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 мысли, 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 «Статическом электричестве 1: знакомство с атомами» учащихся просят просматривать 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 тем, как изучать веб-сайт, просмотрите вместе со студентами некоторые концепции, ведущие 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 переместилась по ковру и затем коснулась дверной ручки. (Трение одежды в сушилке или обуви о ковер вызывает дисбаланс электронов. Эти электроны затем притягиваются к предметам с противоположным зарядом.)

---

Разработка

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.

Раздать 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 заполнить Часть 1, проведите обсуждение вопросов, на которые они ответили в студенческих листах:

• Какие три примера статического электричества? (Некоторые примеры могут включать: прогулку 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 листа ученика. 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 учащиеся 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», учащиеся 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, что 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 проведения 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>

Что такое статическое электричество? — Определение, причины и использование — Видео и стенограмма урока

Трибоэлектрический эффект

Существуют различные способы отделения заряда от нейтрального объекта: нагреванием (пироэлектрический эффект), давлением (пьезоэлектрический эффект), индукцией заряда (электростатическая индукция) и, как правило, путем трения ( трибоэлектрический эффект).

В этом уроке мы сосредоточимся на наиболее распространенном способе накопления заряда: трибоэлектрическом эффекте . Трибоэлектрический эффект — это простой процесс, при котором объект становится электрически заряженным из-за трения о другой объект. Когда объекты трутся друг о друга, некоторые объекты с большей вероятностью теряют электроны, а другие с большей вероятностью приобретают электроны. В этой таблице перечислены различные материалы, перечисленные как положительные (потеря электронов) или отрицательные (получение электронов).

График трибоэлектричества

Как работает стол? Если два из этих объектов тереться друг о друга, объект, находящийся выше в списке, потеряет электроны, а объект, находящийся ниже в списке, получит электроны.Итак, как предотвратить или избавиться от статического электричества?

Возможно, вы знакомы с повседневной задачей по избавлению от статического электричества. Когда вы стираете одежду, вы добавляете кондиционер для белья. Кондиционер для белья уменьшает или полностью снимает статическое электричество с вашей одежды. Когда одежда находится в сушилке, она трутся друг о друга, и трение из-за этого контакта вызывает накопление электронов на одежде, придавая одежде заряд. Если вы когда-либо забывали использовать кондиционер для белья, вы знаете, что одежда будет прилипать друг к другу и даже разряжаться (шокировать вас), когда вы ее надеваете.Кондиционер для белья покрывает одежду тонким слоем химикатов, которые делают одежду более гладкой (уменьшая трение), предотвращая накопление заряда на одежде.

Влажность также снимает статическое электричество. Влажность делает воздух проводящим, позволяя избыточному заряду перемещаться от объекта в воздух. Вы можете заметить, что зимой у вас больше шансов получить статический разряд, чем летом. В основном это связано с тем, что летний воздух более влажный, а зимний во многих регионах более сухой.Отсутствие влаги в воздухе вызывает накопление статического электричества.

Удаление статического электричества важно для микроэлектронных устройств, поэтому они всегда упаковываются в токопроводящие пакеты. В этих сумках заряд может отходить от устройства.

Факты о статическом электричестве

Давайте рассмотрим некоторые факты о статическом электричестве.

Молния — один из самых ярких примеров статического электричества. Во время шторма турбулентность ветра заставляет воздух быстро перемещаться вверх и вниз.Это движение воздуха как раз и необходимо, чтобы вызвать разделение зарядов в облаках и на земле. Верхняя часть облака становится положительно заряженной, как и земля. Нижняя часть облака становится отрицательно заряженной. На этом рисунке изображена зарядка во время шторма.

Это разделение зарядов вызывает разряды в облаке в виде молнии, как вы могли заметить во время грозы. Правильные условия могут вызвать разряд между нижней частью облака и землей.Обычно это то, что мы видим во время грозы.

Статическое электричество также используется в лазерной печати. Барабан принтера заряжен положительно, бумага заряжена отрицательно, и заряды притягиваются друг к другу при контакте друг с другом, заставляя положительно заряженный тонер связываться с отрицательно заряженной бумагой. Тепло внутри принтера гарантирует, что чернила остаются на бумаге. Цветная печать использует тот же процесс, связывая слои чернил разного цвета с отрицательно заряженной бумагой.Такой же принцип используется при покраске автомобилей. Автомобиль получает отрицательный заряд, чтобы связать его с положительно заряженной краской. Результат — равномерное распределение краски, которая лучше сцепляется с автомобилем.

Интересным примером статического электричества является машина Ван де Граафа. Генератор Ван де Граафа содержит конвейерную ленту и металлическую щетку. Проще говоря, щетка заряжает конвейерную ленту, а лента переносит избыточные заряды к куполу. Здесь изображена внутренняя часть машины Van De Graaff:

. Внутри машины Ван де Граафа

Заряд, который накапливается на куполе, ожидает разрядки.Если положить руку на купол, избыток заряда может протечь через вас и волосы встанут дыбом. Это пробуждение волос возникает из-за того, что волокна ваших волос заряжаются одним и тем же типом заряда. Мы знаем, что одинаковые заряды будут отталкиваться, а поскольку все волокна ваших волос имеют одинаковый заряд, они будут отталкиваться единственным возможным способом.

Краткое содержание урока

Статическое электричество — это накопление заряда на материале из-за фрикционного контакта между объектами. Трибоэлектричество определяет, какой материал становится положительно или отрицательно заряженным в результате этого фрикционного контакта. Лишнего заряда хватает не надолго. Что-нибудь такое простое, как прикосновение к проводящему материалу, разрядит избыточный заряд. Это причина того, что иногда вы испытываете шок, когда дотрагиваетесь до своей машины или другого человека. Влажность также является лекарством от статического электричества. Молекулы воды, которые являются проводниками, могут предотвратить накопление избыточного заряда на объекте.