Статического электричества: Антистатическое оборудование — приборы для снятия статики, нейтрализаторы статики, снятие статического электричества, удаления электростатики — groupnk.ru — Группа НК — комплексные поставки электрооборудования в Москве и регионах

Содержание

Установлена причина появления статического электричества в результате трения

Команда американских ученых разработала новую модель, которая показывает, что трение двух объектов вместе производит статическое электричество из-за изгиба крошечных выступов на поверхности материалов. Их работа принята к публикации в журнале Physical Review Letters, с ее препринтом можно ознакомиться на arXiv.org.

Большинство людей испытывало на себе разряд статического электричества. Однако детальное понимание того, как оно происходит, ускользало от ученых на протяжении более чем 2500 лет. Греческий философ Фалес Милетский впервые сообщил о вызванном трением статическом электричестве около 600 г. до н. э. после того, как натер янтарь мехом и заметил, что последний начал притягивать пыль. С тех пор стало ясно, что трение вызывает появление статического электричества во всех изоляторах, а не только в мехе. Однако именно на этом более или менее закончился научный консенсус.

На наноуровне все материалы имеют шероховатые поверхности с бесчисленными крошечными выступами. Когда два материала соприкасаются и трутся друг о друга, эти выступы изгибаются и деформируются. Команда исследователей из Северо-Западного университета обнаружила, что эти деформации приводят к возникновению напряжений, которые в конечном итоге и вызывают появление статического заряда. Это явление называется «флексоэлектрическим эффектом» и связано с разделением электрических зарядов при действии напряжений.

Ученые на простой модели показали, что напряжения, возникающие на изгибах выступов во время трения, действительно достаточно велики, чтобы вызвать статическое электричество. Эта работа объясняет ряд экспериментальных наблюдений (например, почему заряды образуются даже тогда, когда два куска одного и того же материала стираются вместе) и предсказывает экспериментально измеренные заряды с замечательной точностью.

«Наш вывод предполагает, что трибоэлектричество, флексоэлектричество и трение неразрывно связаны, — отметил ведущий автор исследования, профессор материаловедения и инженерии в Северо-Западном университете Лоренс Маркс. — Этот факт позволяет нам лучше понять трибоэлектричество и использовать его в новых технологиях».

Устранение электростатического заряда путем увлажнения воздуха и контроля влажности

Увлажнение воздуха является эффективным способом устранения сэлектростатического разряда на производстве. При поддержании относительной влажности на уровне 55% влага, соедржащаяся в воздухе, является естественным проводником, который заземляет потенциальный статический заряд.

Накопление электростатического заряда на производственном оборудовании часто приводит к снижению производительности, ухудшению качества продукции, создает проблемы с безопасностью из-за неконтролируемого искрения и наносит физический ущерб оборудованию, особенно электронике и печатным платам.

Проблемы, вызванные статическим электричеством, характерны для упаковочной, типографской, целлюлозно-бумажной промышленности, производства пластмасс, текстильных изделий, электроники, автомобилестроения и фармацевтической промышленности.

Для образования электростатического заряда в процессе трения относительная влажность воздуха должна быть ниже 45%. При относительной влажности воздуха 45-55% электростатический заряд все еще накапливается, но в меньшей степени, так как он отводится в землю через содержащуюся в воздухе влагу. Поддержание относительной влажности воздуха выше 55% гарантированно предотвращает образование электростатического заряда.

Для больших помещений, таких как полиграфические и производственные цеха, эффективным и экономичным решением представляется прямое увлажнение воздуха в помещении. В припотолочной зоне устанавливают форсунки, которые распыляют влагу и поднимают влажность воздуха до требуемого уровня.

Однако, промышленное оборудование выделяет тепло и понижает относительную влажность воздуха в помещениях, что приводит к накоплению электростатического заряда. Нагрев осушает воздух, и в комнате с общей относительной влажностью воздуха 60% при 18 °C могут образоваться локальные воздушные зоны с влажностью ниже 45%.

Если такое оборудование вдобавок создает трение, ведущее к накоплению статического электричества, возникает опасность электростатического разряда.

Там, где это требуется, можно установить местные распылительные системы для локального повышения влажности. Установив отдельные форсунки непосредственно над технологическим оборудованием, можно устранить накопление электростатического заряда за счет поддержания необходимой относительной влажности воздуха при увеличении температуры.

Статическое электричество — это… Что такое Статическое электричество?

Стати́ческое электри́чество — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках^[1].

Волосы девочки наэлектризовались от трения.

Происхождение

Электризация диэлектриков трением может возникнуть при соприкосновении двух разнородных веществ из-за различия атомных и молекулярных сил (из-за различия работы выхода электрона из материалов). При этом происходит перераспределение электронов (в жидкостях и газах ещё и ионов) с образованием на соприкасающихся поверхностях электрических слоёв с противоположными знаками электрических зарядов. Фактически атомы и молекулы одного вещества, обладающие более сильным притяжением, отрывают электроны от другого вещества.

Полученная разность потенциалов соприкасающихся поверхностей зависит от ряда факторов — диэлектрических свойств материалов, значения их взаимного давления при соприкосновении, влажности и температуры поверхностей этих тел, климатических условий. При последующем разделении этих тел каждое из них сохраняет свой электрический заряд, а с увеличением расстояния между ними за счет совершаемой работы по разделению зарядов, разность потенциалов возрастает и может достигнуть десятков и сотен киловольт.

Электрические разряды могут взаимно нейтрализоваться вследствие некоторой электропроводности влажного воздуха. При влажности воздуха более 85 % статическое электричество практически не возникает.

Статическое электричество в быту

Статическое электричество широко распространено в обыденной жизни. Если, например, на полу лежит ковер из шерсти, то при трении об него человеческое тело может получить электрический заряд минус, а ковер получит заряд плюс. Другим примером может служить электризация пластиковой расчески, которая после причесывания получает минус заряд, а волосы получают плюс заряд. Накопителем минус-заряда зачастую являются полиэтиленовые пакеты, полистироловый пенопласт. Накопителем плюс-заряда зачастую является сухая полиуретановая монтажная пена, если её сжать рукой.

Когда человек, тело которого наэлектризовано, дотрагивается до металлического предмета, например трубы отопления или холодильника, накопленный заряд моментально разрядится, а человек получит легкий удар током.

Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Даже простое расчесывание волос в сухой день может привести к накоплению статического заряда с напряжением в десятки тысяч вольт, однако ток его освобождения будет настолько мал, что его зачастую невозможно будет даже почувствовать.

Именно низкие значения тока не дают статическому заряду нанести человеку вред, когда происходит мгновенный разряд.^[2]

С другой стороны, такие напряжения могут быть опасны для элементов различных электронных приборов — микропроцессоров, транзисторов и т. п. Поэтому при работе с радиоэлектронными компонентами рекомендуется принимать меры по предотвращению накопления статического заряда.

Молнии

В результате движения воздушных потоков, насыщенных водяными парами, образуются грозовые облака, являющиеся носителями статического электричества. Электрические разряды образуются между разноименными заряженными облаками или, чаще, между заряженным облаком и землей. При достижении определенной разности потенциалов происходит разряд молнии между облаками или на земле. Для защиты от молний устанавливаются молниеотводы, проводящие разряд напрямую в землю.

Помимо молний, грозовые облака могут вызывать на изолированных металлических предметах опасные электрические потенциалы из-за электростатической индукции.

↖ ↑ ↗

Примечания

См. также

Ссылки

Нейтрализаторы статического электричества

АО «Подшипник-Сервис»
© 2002-2021

196006, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Заставская, д. 22, литера Е

Тел: +7 (812) 493-54-45
Тел: +7 (812) 318-18-48

AfrikaansAlbanianArabicArmenianAzerbaijaniBasqueBelarusianBulgarianCatalanChinese (Simplified)Chinese (Traditional)CroatianCzechDanishDetect languageDutchEnglishEstonianFilipinoFinnishFrenchGalicianGeorgianGermanGreekHaitian CreoleHebrewHindiHungarianIcelandicIndonesianIrishItalianJapaneseKoreanLatinLatvianLithuanianMacedonianMalayMalteseNorwegianPersianPolishPortugueseRomanianRussianSerbianSlovakSlovenianSpanishSwahiliSwedishThaiTurkishUkrainianUrduVietnameseWelshYiddish⇄AfrikaansAlbanianArabicArmenianAzerbaijaniBasqueBelarusianBulgarianCatalanChinese (Simplified)Chinese (Traditional)CroatianCzechDanishDutchEnglishEstonianFilipinoFinnishFrenchGalicianGeorgianGermanGreekHaitian CreoleHebrewHindiHungarianIcelandicIndonesianIrishItalianJapaneseKoreanLatinLatvianLithuanianMacedonianMalayMalteseNorwegianPersianPolishPortugueseRomanianRussianSerbianSlovakSlovenianSpanishSwahiliSwedishThaiTurkishUkrainianUrduVietnameseWelshYiddish

English (auto-detected) » Russian

Тел:

English (auto-detected) » Russian

Статическое электричество — что вызывает статический заряд и статический шок? Узнайте, как создать и устранить его

Что такое статическое электричество?

Идя по ковру, вы тянетесь к дверной ручке и . ……… ОЙ !!! Вы получаете статический шок.

Или вы зашли с холода, сняли шляпу и … статические волосы! Статическое электричество заставляет волосы торчать прямо из головы.

Что происходит? И почему зимой статики намного больше?

Узнайте, как Устраните статическое электричество в вашем доме, автомобиле и офисе.

Чтобы понять статическое электричество, мы должны немного узнать о природе материи. Или, другими словами, из чего все сделано?

Все сделано из атомов

Представьте себе кольцо из чистого золота. Разделите его пополам и отдайте одну из половинок. Продолжайте разделять, разделять и разделять. Скоро у вас будет такой маленький кусок, что вы не сможете увидеть его без микроскопа. Он может быть очень и очень маленьким, но все же это кусок золота.

Если бы вы могли и дальше делить его на все меньшие и меньшие части, вы, наконец, добрались бы до мельчайшего возможного слитка золота.Он называется атомом. Если разделить его на более мелкие части, оно больше не будет золотом.

Все вокруг нас состоит из атомов, и ученым известно о 118 различных их видах. Эти различные виды атомов называются «элементами». Есть 98 элементов, которые существуют в природе (хотя некоторые встречаются только в очень небольших количествах). Сообщается, что четыре из этих 118 элементов были обнаружены, но еще не подтверждены.

Атомы соединяются во многих различных комбинациях, образуя молекулы, и создают все материалы, которые вы видите вокруг себя.

Части атома

Так из чего состоят атомы? В середине каждого атома находится «ядро». Ядро содержит два вида крошечных частиц, называемых протонами и нейтронами. Вокруг ядра вращаются еще более мелкие частицы, называемые электронами. 115 видов атомов отличаются друг от друга, потому что они имеют разное количество протонов, нейтронов и электронов.

Полезно думать о модели атома как о солнечной системе. Ядро находится в центре атома, как солнце в центре солнечной системы.Электроны вращаются вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца.

Как и в солнечной системе, ядро велико по сравнению с электронами. Атом — это в основном пустое пространство. А электроны очень далеко от ядра. Хотя эта модель не совсем точна, мы можем использовать ее, чтобы понять статическое электричество.

(Примечание: более точная модель могла бы показать электроны, движущиеся в трехмерных объемах различной формы, называемых орбиталями. Это может быть обсуждено в следующей статье.)

Расходы на электроэнергию

Протоны, нейтроны и электроны сильно отличаются друг от друга. У них есть свои свойства или характеристики. Одно из этих свойств называется электрическим зарядом. Протоны имеют то, что мы называем «положительным» (+) зарядом. Электроны имеют «отрицательный» (-) заряд. У нейтронов нет заряда, они нейтральны.

Заряд одного протона по силе равен заряду одного электрона. Когда количество протонов в атоме равно количеству электронов, сам атом не имеет общего заряда, он нейтрален.

Электроны могут двигаться

Протоны и нейтроны в ядре очень крепко связаны. В норме ядро не меняется. Но некоторые внешние электроны удерживаются очень слабо. Они могут переходить от одного атома к другому.

Атом, теряющий электроны, имеет больше положительных зарядов (протонов), чем отрицательных зарядов (электронов). Он заряжен положительно. В атоме, который набирает электроны, больше отрицательных, чем положительных частиц. Имеет отрицательный заряд. Заряженный атом называется «ионом».«

Некоторые материалы очень крепко удерживают свои электроны. Электроны не очень хорошо проходят через них. Эти вещи называются изоляторами. Пластик, ткань, стекло и сухой воздух — хорошие изоляторы. В других материалах есть несколько слабо удерживаемых электронов, которые очень легко проходят через них. Их называют кондукторами. Большинство металлов являются хорошими проводниками.

Как мы можем перемещать электроны из одного места в другое? Один из самых распространенных способов — это потереть два предмета друг о друга. Если они сделаны из разных материалов и оба являются изоляторами, электроны могут переноситься (или перемещаться) от одного к другому. Чем сильнее трение, тем больше движется электронов и тем больше накапливается статический заряд. (Ученые считают, что электроны движутся не из-за трения или трения. Это просто контакт между двумя разными материалами. Трение просто увеличивает площадь контакта между ними.)

Статическое электричество — это дисбаланс
положительных и отрицательных зарядов.

Противоположности притягиваются

Итак, положительные и отрицательные заряды ведут себя интересным образом.Вы когда-нибудь слышали поговорку о притяжении противоположностей? Ну, это правда. Две вещи с противоположными или разными зарядами (положительный и отрицательный) будут притягиваться или притягиваться друг к другу. Вещи с одинаковым зарядом (два положительных или два отрицательных) будут отталкиваться или отталкиваться друг от друга.

Заряженный объект также привлекает что-то нейтральное. Подумайте, как можно прикрепить воздушный шарик к стене.

Если вы зарядите воздушный шар, потерев его о волосы, он улавливает лишние электроны и приобретает отрицательный заряд. Если держать его рядом с нейтральным объектом, заряды в этом объекте переместятся.

Если это проводник, многие электроны легко переходят на другую сторону, как можно дальше от шара.

Если это изолятор, электроны в атомах и молекулах могут лишь очень незначительно перемещаться в одну сторону от шара.

В любом случае, ближе к отрицательному шарику положительных зарядов больше.

Противоположности притягиваются. Воздушный шар прилипает. (По крайней мере, до тех пор, пока электроны на воздушном шаре не выйдут медленно.) Он работает одинаково для нейтральных и положительно заряженных объектов.

Итак, как это объяснить статические удары? Или статическое электричество в волосах?

Когда вы снимаете шерстяную шапку, она трется о ваши волосы. Электроны переходят от волос к шляпе. Это создает отрицательный статический заряд на шляпе и положительный заряд на ваших волосах.

Помните, вещи с одинаковым зарядом отталкивают друг друга. Таким образом, волосы, каждый из которых имеет положительный заряд, стараются отодвинуться как можно дальше друг от друга.В результате получается «разлетающийся вид, когда волоски отталкиваются друг от друга. Вот как статическое электричество вызывает плохие волосы!

Куда уходят электроны?

Когда мы трём два разных материала вместе, один из них становится положительно заряженным, а какой — отрицательным? Ученые расположили материалы в порядке их способности удерживать или отдавать электроны ….

Подробнее о статическом электричестве →

Static Electricity — обзор

10.2 Выработка статического электричества

Статическое электричество может генерироваться различными способами. Однако большая часть статического электричества возникает из-за генерации трибоэлектрического заряда и требует следующих условий:

(1): Когда два разных твердых материала трутся друг о друга
(2): Материалы впоследствии разделяются

Когда два материала соприкасаются, происходит перераспределение электрических зарядов на каждой поверхности по термодинамическим причинам. Когда электроны переходят из одного материала в другой, доступные уровни электронов в обоих материалах уравновешиваются после достижения равновесия. В трении, также называемом зарядом трением, нет необходимости, но обычно оно увеличивает перенос заряда.

Когда два материала впоследствии разделяются, перенос заряда становится очевидным как накопление электростатического заряда в двух материалах.

Различные материалы были ранжированы в порядке их способности производить статический заряд (Blakemore, 1974; Moore, 1973).Такой рейтинг дает так называемый трибоэлектрический ряд. Трибоэлектрификация — это термин, используемый для обозначения электрических зарядов, создаваемых силами трения.

В трибоэлектрическом ряду воздух, асбест, стекло, слюда, свинец, алюминий, бумага, сталь и дерево находятся в положительном (+) конце (от высокого до низкого порядка), в то время как резина, никель, медь, латунь, серебро, золото. и кремний находятся на отрицательном (+) конце (от высокого к низкому порядку).

Когда материал, такой как стекло, выбирается с положительного конца и приводится в контакт с материалом, выбранным с отрицательного конца, например резиной, стекло приобретает положительный заряд, а резина — отрицательный.Некоторые электроны в стекле находятся на более высоком уровне энергии, чем свободные уровни энергии в резине. Таким образом, электроны будут течь от стекла к резине до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. Сохранение заряда требует, чтобы каждый материал приобретал одинаковые уровни заряда.

Чем дальше два материала разделены в трибоэлектрическом ряду, тем больше будет величина электростатического заряда, когда два материала входят в контакт и впоследствии разделяются.

Разделенные поверхности станут либо положительно, либо отрицательно заряженными, в зависимости от их относительного положения в трибоэлектрическом ряду. Полярность заряда не имеет большого практического значения при рассмотрении аспектов безопасности статических разрядов. Очевидно, это связано с тем, что количество энергии, участвующей в разряде, одинаково независимо от того, исходит ли разряд от положительно или отрицательно заряженного объекта. С точки зрения человеческого комфорта, однако, обычно обнаруживается, что люди чувствуют себя более комфортно, когда их тела заряжены отрицательно, тогда как они могут чувствовать тошноту при положительном заряде.Поэтому, когда ожидается небольшое накопление статического заряда на теле человека, лучше всего, если это будет отрицательный заряд. Если ковры вызывают у пассажиров положительный заряд, они чувствуют себя «больными», а ковер способствует «синдрому больного здания».

Величина накопления статического заряда зависит от электрического сопротивления контактирующих поверхностей. Низкое электрическое сопротивление позволит зарядам возвращаться по разделяющим поверхностям к точке контакта, где они нейтрализуют друг друга.С другой стороны, когда электрическое сопротивление материалов велико, заряд не может течь обратно по разделяющим поверхностям за время разделения. В таких случаях образование электростатического заряда будет высоким.

Статическое электричество не поддается простому объяснению | Наука

Если вы когда-нибудь водили шариком по волосам, вы знаете, что трение друг о друга двух разных материалов может генерировать статическое электричество. Но трение кусочков того же материала также может создавать статическое электричество.Теперь исследователи опровергли давнюю идею о том, как возникают такие же статические помехи.

Феномен одного и того же материала производит важные эффекты в реальном мире, такие как генерация молний при извержении вулканов, затруднение обработки порошков на производстве и взрывы в элеваторах. Физики думали, что они поняли, что происходит, но внезапно «доминирующая теория кажется мертвой», — говорит Трой Шинброт, физик-прикладник из Университета Рутгерса в Нью-Брансуике в Нью-Джерси, который не принимал участия в новой работе.

Уловка с воздушным шаром заключается в трении двух разных изоляционных материалов — ваших волос и латекса шарика, — которые удерживают электрические заряды с разной силой. Таким образом, на одном накапливается больше положительного электрического заряда, а на другом накапливается больше отрицательных зарядов. Подобные заряды отталкиваются друг от друга, что объясняет, почему у вас волосы встают дыбом. Вы можете подумать, что трущиеся куски из того же материала не создают статического электричества, поскольку они удерживают заряды с одинаковой силой. Но зарядка может произойти, если детали разного размера.В 1986 году Джон Лоуэлл и Уильям Траскотт из Института науки и технологий Манчестерского университета в Соединенном Королевстве объяснили, как это может сработать.

Они представили, как протирают небольшой изолирующий шар по плоскости из того же материала, который заменяет большой объект. Они предположили, что две поверхности были испещрены энергичными электронами, захваченными в случайных точках, предположительно потому, что они были выброшены из своих обычных низкоэнергетических ниш внутри материала. Когда поверхности соприкасаются, отрицательно заряженные электроны могут перепрыгивать со своих высокоэнергетических позиций на одной поверхности в низкоэнергетические состояния на другой.

Если бы в обоих направлениях прыгало одинаковое количество электронов, ничего особенного не изменилось бы. Но вот здесь и проявляется разница в размерах. Как объяснили Лоуэлл и Траскотт, только одна точка сферы касается плоскости, и у нее есть всего несколько электронов, которые нужно отдать, и большее количество пустых состояний, с помощью которых они могут их поглотить. Напротив, большая полоса плоскости соприкасается со сферой, поэтому у нее много электронов. Таким образом, с плоскости на сферу прыгает больше электронов, чем наоборот, оставляя сферу заряженной отрицательно, а плоскость — положительно заряженной и создавая статический заряд.Другие исследователи показали, как теория может применяться к зернам двух разных размеров.

К сожалению, теория не работает, сообщают Генрих Джагер, физик из Чикагского университета в Иллинойсе, и его коллеги. Они смешали зерна изолирующего диоксида циркония-силиката диаметром 251 микрометр и 326 микрометров и пропустили их через горизонтальное электрическое поле, которое толкало положительно заряженные частицы в одну сторону, а отрицательно заряженные — в другую. Они отследили десятки тысяч частиц, поставив рядом с собой высокоскоростную камеру стоимостью 85 000 долларов.(См. Видео выше.) Разумеется, меньшие по размеру заряжались отрицательно, а большие — положительно, каждый из которых накапливал в среднем 2 миллиона зарядов.

Затем исследователи выяснили, могут ли эти заряды исходить от электронов, уже захваченных на поверхности зерен. Они осторожно нагревали свежие зерна, чтобы высвободить захваченные электроны и позволить им «расслабиться» обратно в менее энергичное состояние. Когда электрон претерпевает такой переход, он излучает фотон. Таким образом, подсчитывая фотоны, исследователи могли подсчитать количество захваченных электронов.«Для меня довольно удивительно, что они считают каждый электрон на частице», — говорит Шинброт.

Подсчет показал, что шарики начинаются со слишком небольшим количеством захваченных электронов, чтобы объяснить накопление статического электричества, говорит Джагер. Фактически, даже если исследователи попытаются заставить захваченные электроны вскипеть на поверхности, подвергая зерна воздействию света, плотность захваченных электронов останется менее 1/100 000 от того, что было бы необходимо для объяснения эффекта, сообщают исследователи. статья в печати: Physical Review Letters .

«Они довольно убедительно показывают, что идея переноса этих захваченных электронов неверна», — говорит Дэниел Лакс, инженер-химик из Университета Кейс Вестерн Резерв в Кливленде, штат Огайо, который применил теорию Лоуэлла и Траскотта к гранулированным материалам.

Если зерна не обмениваются электронами, то откуда берутся заряды? Они могут образоваться из гидроксид-ионов в слое воды толщиной в молекулу, который неизбежно покрывает зерна, предполагает Йегер. Или зарядка может включать перенос циркониевого материала от зерна к зерну, отмечает Кейт Форвард, инженер-химик из Калифорнийского государственного политехнического университета в Помоне.

Определить, какой сценарий верен, может быть сложно. По словам Джегера, повторить эксперимент в условиях, при которых не будет воды, было бы очень сложно. Форвард предполагает, что было бы проще попытаться обнаружить присутствие гидроксид-ионов с помощью химии. Решение этой маленькой загадки может помочь материаловедам и инженерам контролировать эффект, что может быть благом для производителей лекарств и других отраслей.

(Видео предоставлено: Скотт Вайтукайтис и Генрих Джагер, Чикагский университет)

Секрет статического электричества? Это шокирует | Наука

Потрите голову воздушным шариком, и волосы встанут дыбом.Почти все это сделали или, по крайней мере, видели. Но даже несмотря на то, что статическое электричество было впервые обнаружено древними греками, ученые до сих пор не знают, почему при трении определенных материалов друг с другом возникает электрический заряд. Теперь у них может быть ответ.

В отличие от электрического тока, протекающего по линии электропередачи, статическое электричество остается. Это потому, что этот тип электричества (также известный как трибоэлектричество) обычно накапливается в материалах, которые не очень хорошо проводят заряд, таких как резина или пластик, что приводит к его застреванию.Эти изоляторы накапливают статический заряд при трении друг о друга.

В новом исследовании, исследователи изучали другое электрическое явление, называемое флексоэлектричеством, и задавались вопросом, может ли оно объяснить, как трение генерирует статическое электричество. Флексоэлектрический эффект — это спонтанное появление электрических полей во время непрерывного, но непостоянного изгиба или изгиба в наномасштабе, как если бы вы случайно провели пальцем по зубьям пластиковой расчески.

В таком крошечном масштабе даже гладкие объекты изобилуют выступающими частями и бобами.Команда обнаружила, что когда два объекта трутся друг о друга, эти крошечные выступы изгибаются, и из-за флексоэлектрического эффекта это вызывает накопление статического электричества, о чем они сообщают сегодня в журнале Physical Review Letters . Новое объяснение также поясняет, почему изоляторы из одного и того же материала все еще генерируют напряжение при трении друг о друга. Это сбило с толку ученых, которые думали, что накопление статического заряда может быть связано с внутренними различиями между двумя материалами, натертыми друг на друга.

Пластмассы особенно хорошо генерируют статическое электричество, как показывают результаты. Это новое понимание может помочь инженерам оптимизировать материалы для производства большего количества статического электричества и использовать его для таких вещей, как зарядка носимых устройств. Полученные данные также могут помочь повысить безопасность в таких местах, как нефтеперерабатывающие заводы, где даже искра может вызвать катастрофический взрыв.

Шокирующая наука о статическом электричестве зимой

На днях я делал покупки в продуктовом магазине.Когда я потянулся за мешком с картошкой, меня быстро встретил разряд статического электричества. Это случилось снова, когда я пошел продюсировать. В зоотоварах это случилось в третий раз.

Я знаю, что многие из вас, вероятно, тоже испытывали это ощущение. Дело в том, что наши погодные условия в зимние месяцы во многом зависят от того, как часто это происходит.

Что нужно знать

Электроны, протоны и нейтроны и их структура создают статический разряд

Трение тела о одежду делает нас более заряженными

Водяной пар отводит заряд от вас

Установка увлажнителя в вашем доме может помочь уменьшить накопление статического электричества, которое приводит к статическому разряду

Наука

Чтобы понять почему, нам нужно вспомнить химию и физику в средней школе.

Атомы состоят из электронов, протонов и нейтронов. Электроны имеют отрицательный заряд. Протоны имеют положительный заряд. Нейтроны нейтральны. В течение дня наши тела трутся о одежду, и мы начинаем терять электроны. Когда это происходит, мы заряжаемся положительно.

Такие предметы, как дверная ручка, заряжаются по-разному. Большинство металлов имеют более отрицательно заряженный состав. Итак, когда вы тянетесь к дверной ручке, вы выпускаете статический разряд. Это происходит, когда электроны переходят от дверной ручки к вашей руке, и это вызывает у вас шок.

Почему зимой хуже?

По той же причине, по которой мы получаем сухие и потрескавшиеся губы и руки, содержание влаги тесно связано со статическим разрядом.

Холодный воздух не удерживает столько влаги, как теплый воздух. По мере того, как зимой становится холоднее, в воздухе становится меньше влаги, поэтому он становится намного суше. Мы называем влагу в воздухе водяным паром.

Водяной пар отводит заряд от вас. Меньше водяного пара означает, что ваше тело может удерживать этот более высокий заряд.

Чем выше заряд, тем больше разряд. Таким образом, было бы разумно, что в зимние месяцы статические разряды станут более частыми и могут даже немного уколоть, когда вы касаетесь дверной ручки, своей собаки или, в моем случае, картофеля.

Могу я сделать что-нибудь, чтобы предотвратить это?
Да, можно! Добавляя в дом увлажнитель или тазы с водой, вы увеличиваете количество водяного пара и повышаете относительную влажность.Чем больше водяного пара присутствует, тем выше ваши шансы, что заряд уйдет от вас.
Знакомство со статическим электричеством | Давайте поговорим о науке
Статическое электричество
Вы, наверное, почувствовали статическое электричество. Это вызывает тот небольшой шок, который вы можете получить, когда впервые прикоснетесь к дверной ручке. От него волосы также могут встать дыбом, когда вы снимаете колпачок зимой. Но знаете ли вы, почему это происходит?
Наука о статическом электричестве (2015) TED-Ed (3:38 мин.).
Вся материя состоит из атомов или групп атомов, называемых молекулами . В центре каждого атома находится ядро . Внутри ядра находятся частицы с положительными зарядами (+) и частицы с нулевым зарядом. Протоны с положительным зарядом называются протонами , а с нулевым зарядом — нейтронов . Частицы с отрицательными зарядами (-), , называемые электронами, , вращаются вокруг ядра.
Части атома гелия (давайте поговорим о науке, используя изображение, полученное
VectorMine через iStockphoto ).
Обычно предметы и материалы вокруг нас электрически нейтральны .Это означает, что у них нет ни положительного, ни отрицательного заряда. Это потому, что они имеют равное количество положительных зарядов от протонов и отрицательных зарядов от электронов.
Знаете ли вы?
Исследование электрических зарядов в состоянии покоя называется электростатикой .
Но можно дать нейтральному материалу электрический заряд. Один из способов сделать это — потирать два предмета друг о друга.
Когда вы спускаетесь по слайду, электроны переходят от вас к слайду.Это заставляет ваши волосы иметь больше положительного заряда. Объекты с одинаковым зарядом отталкивают друг друга. Итак, каждый ваш волосок пытается оттолкнуть своего соседа. Иногда это означает, что ваши волосы будут стоять прямо вверх!
То же самое происходит, когда вы трут воздушный шар о волосы или одежду, особенно в сухую погоду. Попробуйте потом повесить воздушный шарик на стену и посмотреть, как долго он будет держаться! Потирая, вы перемещаете электроны от себя к воздушному шару. Он прилипает, потому что воздушный шар заряжен более отрицательно, чем стена.Предметы с противоположными зарядами притягиваются друг к другу .
Если спуститься с горки или потереться о волосы воздушным шариком, электроны могут двигаться (Источники:
Эрика Финстад через iStockphoto и : HappyKids через iStockphoto ).
Но почему заряженные частицы отталкиваются или притягиваются друг к другу? Потому что они могут оказывать силу вокруг себя Это называется электрической силой . Область вокруг частицы, на которую действует эта сила, называется электрическим полем . Мы можем показать, как выглядит электрическое поле, нарисовав изображения со стрелками, называемые линиями поля . Вы можете видеть примеры на картинках ниже.
Силовые линии электрического поля всегда направлены в сторону от положительных зарядов. Но они указывают на отрицательные заряды. Если частицы имеют противоположные заряды, их силовые линии направлены навстречу друг другу. Если частицы имеют одинаковый заряд, их силовые линии направлены друг от друга.
Линии поля для частиц с противоположными зарядами слева и с одинаковыми зарядами справа (Источники: Geek3 [CC BY-SA] через
Wikimedia Commons и Wikimedia Commons ).
Знаете ли вы?
Заряды твердых частиц перемещаются лучше, когда в воздухе присутствует влага. Это означает, что объекты не имеют возможности накапливать положительный или отрицательный заряд. Но в сухой зимний день может произойти обратное. Вот почему ваши волосы могут выглядеть забавно, когда вы снимаете колпачок!
Если два материала с противоположными зарядами приблизятся друг к другу, они могут создать искру.Эта искра — движение электронов по воздуху! Возможно, вы почувствовали это, когда потянулись к дверной ручке после прогулки по ковру.
Мы также видим такой же разряд электричества во время грозы. Мы называем эти запы молнией .
Статическое электричество, более известное как молния, во время грозы (Источник: Кели Блэк через Pixabay ).
Во время шторма облака проходят друг мимо друга. Электроны могут прыгать из одного облака в другое. в результате некоторые облака могут образовывать большие положительные или отрицательные электрические заряды. Эти противоположные заряды сильно притягиваются друг к другу. В конце концов они «прыгают» по воздуху, чтобы уравновесить себя. В результате возникает впечатляющая вспышка света.
Молния может случиться внутри облака, между облаками и между облаками и землей.Молния — это самая мощная форма статического электричества, которую вы можете испытать. Вот почему грозы могут быть очень опасными. Помните, когда гремит гром, заходите в дом.
Электростатическая сила
Удар молнии намного сильнее, чем удар, который вы можете почувствовать при прикосновении к дверной ручке! Но почему так?
Мы знаем, что положительный и отрицательный заряды взаимодействуют друг с другом. Но сила этого взаимодействия измеряется величиной электростатической силы .Эта сила вызвана как размером электрических зарядов, так и расстоянием между ними. Давайте посмотрим на это с помощью диаграммы.
Диаграмма, показывающая электростатические силы между положительными и отрицательными зарядами (& copy; 2020 Let & rsquo; s Talk Science).
Частицы с положительным зарядом обозначены как + q , а частицы с отрицательным зарядом — как -q . Расстояние между частицами обозначено как r. Силы, действующие на заряды, обозначены как F .
Вы можете рассчитать электростатическую силу между двумя частицами, используя Закон Кулона . Это уравнение описывает соотношение между зарядами частиц и расстоянием между ними. Символ k представляет постоянную закона Кулона.
Уравнение закона Кулона
При рассмотрении этого уравнения следует помнить о двух важных вещах.
Значения q1 и q2 перемножаются. Итак, если и q1, и q2 положительны, тогда сила будет положительным значением. Частицы будут отталкиваться.
То же самое верно, если и q1, и q2 отрицательны.
Если q1 положительно, а q2 отрицательно, тогда сила будет отрицательной величиной. То же самое верно, если q1 отрицательно, а q2 положительно. Частицы будут притягиваться.
Сила пропорциональна квадратному корню из расстояния между частицами.Это означает, что чем ближе частицы друг к другу, тем сильнее будет сила.
Знаете ли вы?
Закон Кулона назван в честь физика Шарля-Огюстена де Кулона. Он доказал свой закон с помощью инструмента, называемого торсионными весами. Он измерял статическую электрическую силу, когда два шара заряженного металла отталкивались или притягивались друг к другу. Кулон, единица электрического заряда, был назван в его честь.
Статическое электричество | HowStuffWorks
Чтобы понять, как работает генератор Ван де Граафа, вам необходимо знать статическое электричество.Почти все мы знакомы со статическим электричеством, потому что мы можем видеть и чувствовать его зимой. В засушливые зимние дни в наших телах может накапливаться статическое электричество, из-за которого искры прыгают от наших тел к кускам металла или телам других людей. Мы можем видеть, чувствовать и слышать звук искры, когда она прыгает.
В классе естественных наук вы также могли экспериментировать со статическим электричеством. Например, если протереть стеклянный стержень шелковой тканью или кусок янтаря о шерсть, стекло и янтарь будут развивать статический заряд, который может притягивать небольшие кусочки бумаги или пластика.
Чтобы понять, что происходит, когда ваше тело или стеклянный стержень развивают статический заряд, вам нужно подумать об атомах, из которых состоит все, что мы видим. Вся материя состоит из атомов, которые сами состоят из заряженных частиц. У атомов есть ядро, состоящее из нейтронов и протонов. У них также есть окружающая «оболочка», состоящая из электронов. Обычно вещество заряжено нейтрально, а это означает, что количество электронов и протонов одинаково. Если в атоме больше электронов, чем протонов, он заряжен отрицательно.Если в нем больше протонов, чем электронов, он заряжен положительно.
Некоторые атомы держатся за свои электроны сильнее, чем другие. То, насколько сильно вещество удерживает свои электроны, определяет его место в трибоэлектрическом ряду . Если материал более склонен отдавать электроны при контакте с другим материалом, он более положителен в трибоэлектрическом ряду. Если материал более склонен к «захвату» электронов при контакте с другим материалом, он более отрицателен в трибоэлектрическом ряду.
В следующем списке описаны трибоэлектрические серии для многих материалов, которые можно найти в доме. Положительные элементы в серии находятся вверху, а отрицательные — внизу:

Человеческие руки (хотя обычно и слишком влажные) Очень положительные
Мех кролика
Стекло
Человеческие волосы
Нейлон
Шерсть
Мех
Свинец
Шелк
Алюминий
Бумага
Хлопок
Сталь Нейтральный
Дерево
Янтарь
Твердая резина
Золото
Полиэстер
Стирол (пенополистирол)
Saran Wrap
Полиуретан
Полиэтилен (например, скотч)
Полипропилен
Винил (ПВХ)
Силикон
80 Силиконовый 80 Тефлон (см. Выше) адаптировано из книги Чарльза К.Адамс.)
Взаимное положение двух веществ в трибоэлектрическом ряду говорит вам, как они будут действовать при контакте. Стекло, натертое шелком, вызывает разделение зарядов, потому что они находятся на нескольких позициях в таблице. То же касается янтаря и шерсти. Чем дальше разделение в таблице, тем больше эффект.

Когда два непроводящих материала вступают в контакт друг с другом, между двумя материалами образуется химическая связь, известная как адгезия .В зависимости от трибоэлектрических свойств материалов один материал может «захватывать» часть электронов из другого материала. Если два материала теперь отделены друг от друга, возникнет дисбаланс заряда . Материал, который захватил электрон, теперь заряжен отрицательно, а материал, который потерял электрон, теперь заряжен положительно. Этот дисбаланс заряда является источником «статического электричества». Термин «статика» в данном случае вводит в заблуждение, потому что он подразумевает «отсутствие движения», хотя на самом деле это очень распространено и необходимо для протекания дисбаланса зарядов.