Statická elektřina je malé jiskry

Fyzikus: Elektřina z citrónu (Smět 2019).

Anonim

Statická elektřina je všudypřítomnou součástí každodenního života. Je to všude kolem nás, někdy vtipné a zřejmé, jako kdyby vaše vlasy stály na konci, někdy skryté a užitečné, jako kdyby je využíval elektronika v mobilu. Suché zimní měsíce jsou hlavní sezónou pro nepříjemné statické elektřiny - elektrické výboje jako malé bleskové záblesky, kdykoli se dotknete dveřních knoflíků nebo teplých přikrývek čerstvých od sušičky.

Statická elektřina je jedním z nejstarších vědeckých jevů, který lidé pozorovali a popsali. Řecký filozof Thales z Miletus udělal první účet; ve svých spisech ze šestého století př. nl poznamenal, že jestliže jantar byl natřen dostatečně tvrdě, malé prachové částice se začnou přitahovat k němu. O tři sta let později, Theophrastus následoval Thalesovy experimenty tím, že si třel různé druhy kamene a také pozoroval "sílu přitažlivosti". Ale žádný z těchto přírodních filozofů nenalezl uspokojivé vysvětlení toho, co viděli.

Trvalo téměř 2000 let dříve, než se nejprve objevilo anglické slovo "electricity", založené na latinském "electricus", což znamená "jako jantar". Některé z nejznámějších experimentů provedl Benjamin Franklin v jeho úsilí o pochopení základního mechanismu elektřiny - což je jeden z důvodů, proč se jeho tvář usmívá ze 100 dolarů. Lidé rychle poznali potenciální užitečnost elektřiny.

Samozřejmě, že v 18. století lidé většinou využívali statickou elektřinu v kouzelných tricích a jiných představeních. Například Stephen Grayův "experiment s létajícím chlapcem" se stal oblíbenou veřejnou demonstrací: Použil Leydenovu nádobu, aby mlátil mláďata, zavěsil se z hedvábných šňůry a pak ukázal, jak může obrátit stránky knihy statickou elektřinou nebo zvednout malé objekty používající statickou atrakci.

Vycházejíc z poznatků Franklinova - včetně jeho uvědomění si, že elektrický náboj přichází s pozitivními a negativními příchutěmi a že celkový náboj je vždy zachován - dnes na atomové úrovni rozumíme, co způsobuje elektrostatickou přitažlivost, proč to může způsobit mini bleskové šrouby a jak se připojit co může být nepříjemné pro použití v různých moderních technologiích.

Jaké jsou tyto malé jiskry?

Statická elektřina přichází k interakční síle mezi elektrickými náboji. V atomovém měřítku negativní náboje nesou drobné elementární částice nazývané elektrony. Většina elektronů je úhledně zabalená uvnitř hmoty hmoty, ať už je to tvrdý a bez života kámen nebo měkká, živá tkáň vašeho těla. Nicméně, mnoho elektronů také sedí přímo na povrchu jakéhokoli materiálu. K těmto povrchovým elektronům se přidá každý jiný materiál s vlastní odlišnou charakteristickou pevností. Pokud se dva materiály navzájem protínají, mohou se elektrony vytáhnout z "slabšího" materiálu a nalézt se na materiálu se silnější vázací silou.

Tento přenos elektronů - to, co víme jako jiskru statické elektřiny - se děje po celou dobu. Neslavnými příklady jsou děti, které se klouzaly po skluzavce na hřišti, nohy se míchaly podél koberce, nebo někdo odstranil rukavice z vlny, aby se potřásl rukou.

V zimních suchých měsících, kdy vzduch má velmi nízkou vlhkost, se však vyskytuje častěji. Suchý vzduch je elektrický izolátor, zatímco vlhký vzduch působí jako vodič. To se děje: V suchém vzduchu se elektrony zachycují na povrchu silněji. Na rozdíl od toho, kdy je vzduch vlhký, nemohou najít cestu k toku zpět na povrch, odkud pocházeli, a nemohou znovu distribuovat náboje.

Statická elektrická jiskra nastává, když objekt s přebytkem negativních elektronů se blíží k jinému objektu s méně záporným nábojem - a přebytek elektronů je dostatečně velký, aby elektrony "skákaly". Elektrony proudí od místa, kde se stavějí - jako na vás po procházce vlněným kobercem - na další věc, kterou kontaktujete, která nemá nadbytek elektronů - jako je například klika.

Když elektrony nemají kam jít, nabíjení se na povrchu vytváří - dokud nedosáhne kritického maxima a výboje ve formě malého bleskového šroubu. Dejte elektronům místo, kam jít - jako je váš natažený prst - a určitě budete cítit zap.

Výkon mini jisker

Přestože někdy je nepříjemné, množství poplatků za statickou elektřinu je typicky poměrně málo a poněkud nevinné. Napětí může být asi 100násobek napětí typických zásuvek. Nicméně, tyto obrovské napětí není o nic strach, protože napětí je jen měřítko rozdílu náboje mezi objekty. "Nebezpečné" množství je aktuální, což říká, kolik elektronů proudí. Vzhledem k tomu, že v statickém elektrickém výboji jsou obvykle vysílány jen několik elektronů, jsou tyto zaps neškodné.

Nicméně tato malá jiskra mohou být fatální pro citlivou elektroniku, jako jsou hardwarové komponenty počítače. Malé proudy nesené jen několika elektrony mohou stačit k jejich omylu. Proto pracovníci v elektronickém průmyslu musí zůstat "zakotveni". Být uzemněný znamená jen udržovat drátové spojení se zemí, které pro elektrony vypadá jako prázdná dálnice "domů". Uzemnění se provádí snadno dotykem kovové součásti nebo držením klíče v ruce. Kovy jsou velmi dobré vodiče, takže elektrony jsou docela rádi, že tam chodí.

Závažnější hrozbou je elektrický výboj v blízkosti hořlavých plynů. Proto je vhodné, abyste se před dotykem čerpadel na čerpacích stanicích uzemnili; nechceš, aby se rozptýlená jiskra spálila nějaké zbloudilé benzínové výpary. Nebo můžete investovat do druhů antistatických náramků široce používaných pracovníky v elektronickém průmyslu, aby mohli bezpečně zemřít, než budou pracovat na velmi citlivých elektronických součástech. Zabraňují statickému hromadění pomocí vodivé stuhy, která se natáhne kolem zápěstí.

V každodenním životě je nejlepším způsobem, jak snížit nahromadění náboje, že je v provozu zvlhčovač, který zvyšuje množství vlhkosti ve vzduchu. Také udržet vlhkost pokožky aplikací hydratační látky může mít velký rozdíl. Stěrače sušiček zabraňují tomu, aby se vaše obložení vysušilo tak, že by se na plátně šířilo malé množství změkčovače tkanin. Tyto pozitivní částice vyrovnávají volné elektrony a efektivní náboj zeslabuje, což znamená, že vaše oblečení nevystupuje ze sušičky a přilepí se k sobě. Na kobercích můžete třít změkčovací tkaninu, aby nedošlo k nahromadění náplně. V neposlední řadě je lepší oblečení s bavlněnými oděvy a botami s koženými botami, spíše než s vlněným oděvem a botami s gumovou podrážkou, pokud jste je skutečně měli statickou elektřinou.

Využití statické elektřiny

Navzdory obtěžování a možnému nebezpečí statické elektřiny má určitě své výhody.

Mnoho každodenních aplikací moderních technologií rozhodně závisí na statické elektřině. Například stroje Xerox a kopírky používají elektrickou přitažlivost k "lepení" nabitých tonálních částic na papír. Osvěžovače vzduchu nejenom zjemňují pokoj, ale skutečně odstraňují špatné zápachy tím, že vypouštějí statickou elektřinu na prachové částice, čímž se vylučují špatná vůně.

Podobně, komíny nacházející se v moderních továrnách používají nabité desky ke snížení znečištění. Jak se kouřové částice pohybují nahoru na stoh, zvedají záporné náboje z kovové mříže. Po nabití jsou přitahovány na desky na ostatních stranách komínu, které jsou kladně nabité. Konečně jsou nabité kouřové částice shromažďovány na misce ze sběrných desek a mohou být zlikvidovány.

Statická elektřina také našla cestu do nanotechnologie, kde se používá například k vyzvednutí jednotlivých atomů laserovými paprsky. Tyto atomy pak mohou být manipulovány pro všechny účely, jako v různých výpočetních aplikacích. Další zajímavou aplikací v oblasti nanotechnologií je ovládání nanobalónů, které lze prostřednictvím statické elektřiny přepínat mezi nafouknutým a zhrouceným stavem. Tyto molekulární přístroje mohou jeden den podávat léky specifickým tkáním v těle.

Statická elektřina od jejího objevu zaznamenávala dvě a půl tisíciletí. Stále je to zvědavost, obtíž - ale je také prokázáno, že je důležité pro naše každodenní životy.

menu
menu