Elektryczność statyczna: jak to jest wytwarzane, typy, przykłady

Elektryczność statyczna to nagromadzenie ładunku elektrycznego w spoczynku. Ten rodzaj elektryczności manifestuje się, gdy istnieje kontakt między tą samą liczbą protonów (cząstki subatomowe z ładunkiem dodatnim) a elektronami (cząstki subatomowe z ładunkiem ujemnym).

Zwykle ten kontakt między protonami i elektronami jest generowany przez tarcie dwóch elementów o przeciwnych ładunkach. Właśnie w tym momencie efekty elektryczności statycznej na ciele są fizycznie ujawnione.

Jak wytwarzana jest elektryczność statyczna?

Elektryczność statyczna jest wytwarzana, gdy ciało naładowane elektrycznie w nadmiarze przenosi nadmiar elektronów, które porusza, do innego ciała. Dzieje się tak dzięki uwolnieniu energii.

Z kolei ciało, które otrzymuje wyładowanie elektronowe, jest ładowane statycznie w procesie zwanym indukcją elektrostatyczną. To rozładowanie i ładunek energii - odpowiednio z jednego ciała do drugiego - może nastąpić poprzez iskry lub jakiś rodzaj mechanicznego wyładowania.

Najczęstszym sposobem postrzegania elektryczności statycznej jest tarcie dwóch naładowanych elektrycznie ciał o przeciwnych ładunkach.

Tutaj bilans energetyczny jest oczywisty, ponieważ ciało, które ma wyższą liczbę elektronów, przekazuje to obciążenie do ciała z niższą liczbą elektronów.

Nawet jeśli ciało ma bardzo wysoki ładunek elektrostatyczny, elektrony mogą „przeskoczyć” bezpośrednio do obiektu wyładowania, wytwarzając w ten sposób łuk elektryczny spowodowany przebiciem dielektrycznym powietrza.

W istocie, transfer elektronów z jednego ciała do drugiego jest spowodowany podstawową interakcją między ładunkami: przeciwne ładunki elektryczne są przyciągane i równe ładunki elektryczne odpychają się.

Umożliwia to przenoszenie ładunków elektrycznych, w zależności od reakcji wywołanej przez inne ciała, z jednego atomu na drugi i przemieszczanie się w kierunku powierzchni ciał.

W rezultacie następuje przeniesienie elektronów z ciała o największym ładunku ujemnym do ciała z mniejszym ładunkiem ujemnym, co powoduje zjawisko elektrostatyczne.

Typy

Elektryczność statyczna może manifestować się na różne sposoby, w zależności od natury i stanu (ciała stałego, ciekłego, gazowego) ciał biorących udział w procesie. Zatem elektryczność statyczna może być prezentowana na następujące sposoby:

Ładuj między ciałami stałymi

Proces ten, zwany także triboelektrifikacją, zachodzi, gdy elektrony są przenoszone między dwoma ciałami stałymi i zachodzi poprzez bezpośrednie tarcie lub tarcie między oboma ciałami. Dwa przykłady tego typu to:

Cieplna energia elektryczna

Odnosi się do ładunku elektrycznego, który nabiera szkło, gdy jego powierzchnia jest chłodzona.

Żywiczna energia elektryczna

Działanie analogiczne do elektryczności ciała szklistego, która ma miejsce podczas pocierania żywicy.

Ładowanie płynów

Ciecze można ładować elektrycznie, transportując je przez rury lub oddziałując z cząstkami stałymi, takimi jak kurz. W obu przypadkach chodzi o kontakty między ciałami stałymi a cieczami.

Podobnie mogą być ładowane elektrostatycznie podczas interakcji z gazami. Jednak obciążenie między cieczami występuje tylko pomiędzy bardzo izolującymi cieczami.

Ładowanie gazów

Gazy same w sobie nie są naładowane elektrycznie. Jednak powszechne jest obserwowanie procesów, w których gaz służy jako środek transportu między ciałami stałymi lub ciekłymi.

W ten sposób gazy odgrywają drugorzędną rolę w tego typu procesach, ponieważ służą jedynie jako połączenie między elektrostatycznymi elementami ładowania i rozładowania.

Ładowanie proszków

Bardzo często świadczy się o przenoszeniu elektronów między elektrycznie naładowanymi proszkami, ze względu na charakter materiałów i różnorodność właściwości, kształtów i rozmiarów, które mogą mieć miejsce w interakcji.

Prawdziwe przykłady

Elektryczność statyczna jest obecna w życiu codziennym. Na przykład wszyscy byliśmy świadkami skutków elektryczności kapilarnej, popularnie znanej jako kędzierzawe lub szczeciniaste włosy.

Poniżej przedstawiamy kilka rzeczywistych przykładów elektryczności statycznej, aby pokazać typowe przypadki wydobyte z samego życia:

- Napompuj balon powietrzny, zawiąż go i potrzyj go o włosy, aby przenieść ładunek z włosów na balon. Zobaczysz, jak twoje włosy przylegają do balonu z powodu ładunku elektrostatycznego, czasami podważając efekt grawitacji.

- Połóż trochę soli lub pieprzu na płaskiej powierzchni. Jednocześnie pocierać plastikową łyżeczkę wełnianą szmatką, przeniesienie obciążenia nastąpi z tkaniny na łyżkę. Następnie przynieś łyżkę w kierunku soli lub pieprzu. Zobaczysz, jak cząstki zbliżają się do łyżki z powodu przyciągania przeciwnych ładunków elektrycznych.

- Kilkakrotnie przesuwaj grzebień po włosach, zwłaszcza jeśli w otoczeniu jest mało wilgoci. Grzebień jest naładowany elektrycznością statyczną poprzez przeniesienie elektronów z włosów do grzebienia. Następnie przynieś grzebień do małych kawałków materiału: zobaczysz, jak są one przyklejone do grzebienia przez przyciąganie przeciwnych ładunków elektrycznych.

- Promienie są formą elektryczności statycznej, ponieważ chmury, mające bezpośredni kontakt z molekułami powietrza, przyjmują pewien ładunek elektryczny, który muszą przenieść, aby zrównoważyć swój system. Jedyną alternatywą dla transferu nadmiaru elektronów jest przeniesienie tego dodatkowego ładunku do innej chmury w powietrzu; tam zachodzą promienie.

Czy masz zagrożenie dla zdrowia?

Elektryczność statyczna stwarza zagrożenie dla zdrowia, jeśli nie zostaną podjęte odpowiednie środki ostrożności.

Według Administracji Bezpieczeństwa i Higieny Pracy, znanej pod skrótem w języku angielskim jako OSHA, w przypadku generowania wyładowań wysokiego napięcia mogą wywoływać bolesne wstrząsy u ludzi.

W przypadku nagłego kontaktu z obiektem naładowanym elektrostatycznie ładunek może przepływać przez ciało osoby, powodując porażenie prądem.

W takim przypadku konsekwencje wahają się od oparzeń do chorób serca, w zależności od ścieżki elektryczności statycznej w ciele.

Podobnie elektryczność statyczna może być źródłem zapłonu substancji łatwopalnych i uszkadzać wrażliwe połączenia elektroniczne.