Основы

Статическое электричество

Со статическим электричеством знаком практически каждый человек. Приходилось ли вам наблюдать разряд молнии? Это и есть явление статического электричества громадной мощности. Статическое электричество накапливается на поверхности благодаря трению разнородных веществ, которые являются диэлектриками. Применяется ли статическое электричество в быту? Да, применяется и вполне возможно, что у вас имеется устройство, в котором статическое электричество играет важную роль. Это лазерный принтер и копировальные аппараты (ксероксы). Кроме лазерных принтеров статическое электричество успешно борется с загрязнением воздуха от пыли.

Мы привыкли воспринимать электроэнергию как нечто должное, трудно себе представить, что до конца 19-го века человеческая цивилизация существовала без использования электроэнергии. Такие пионеры электротехники как: Алессандро Вольта, Майкл Фарадей, Джозеф Генри, Томас Эдисон, Никола Тесла, выяснили секреты электроэнергии.

Разряды молнии

В начале 19-го века единственный вид электричества, который знали люди, было статическое электричество. Древние греки не имели представления об электрических зарядах, но они вырабатывали (накапливали) статическое электричество через трение различных веществ разной природы (янтарь, волосы и т.п.) друг о друга. Они и не думали тогда, что электричество можно использовать для освещения и работы силовых машин. Один из людей, который смог обнаружить связь между статическим электричеством и электрическим током, был государственный американский деятель, изобретатель и ученый Бенджамин Франклин.

Бенджамин Франклин

В 1752 году Франклин, пытаясь выяснить тайны электричества, запустил воздушного змея в грозу, что было не безопасно. Он имел целью поймать электрическую энергию молнии. Молния через воздушного змея ударила в землю и благодаря тому, что Франклин был изолирован, он не был убит этой громадной мощностью. Франклин понял, что статическое электричество накапливается в небе и превращается в электрический ток, когда достигает поверхности земли. Результатом такого исследования стало новое изобретение – громоотвод. Так было положено начала дальнейшего освоения и изучения электричества такими деятелями как Вольт и Фарадей.

Потенциальная и кинетическая энергии

Статическое электричество можно представить как потенциальную энергию зарядов, а явление электрического тока как кинетическую энергию движения (изменения) зарядов. Такая аналогия очень даже уместна. Электрический заряд имеет величину и не меняется во времени, его энергия может характеризоваться образуемым им электрическим полем и эта энергия является потенциальной. Если же заряд начнет изменяться во времени, то есть убывать или же возрастать, тогда следует говорить о явлении электрического тока и о кинетической энергии.

Что делает статическое электричество?

Так же, как древние греки, мы склонны думать, статическое электричество приходит от трения вещи. Если вы живете в доме, где есть нейлоновые ковры и металлические дверные ручки, тогда вы неоднократно наблюдали небольшие статические разряды, что вызывает небольшой электрический шок. Когда вы ходите по ковру, то образуется статический заряд, который разряжается о дверную металлическую ручку. Исходя из этого, вы можете сделать вывод, что статическое электричество связано с трением, что это аналогично производству тепла и огня через трение. Но, оказывается, это не так!

Трибоэлектрический эффект

Это не трение. Суть в том, что мы создаем контакт двух различных материалов. Энергичное растирание двух разных вещей, когда снова и снова они приводятся в контакт, приводит к тому, что создается статическое электричество через явление, известное как трибоэлектричество (или трибоэлектрический эффект). Все материалы построены из атомов, которые имеют положительное ядро в центре окруженное облаком электронов. Когда одни атомы имеют более мощное притяжение, чем атомы другого вещества, то при их взаимном приближении электроны начинают смещаться в сторону более сильного атома (вещества). Это вызывает изменение энергетического состояния электронов и поэтому электроны атомов одного вещества могут вырваться и перейти к атому другого вещества.

Мех, стекло, эбонит Опыт электростатики

В результате один материал становится обладателем новых электронов, когда другой материал теряет их. Таким образом, образуются электрические заряды статического электричества. Чем энергичнее трение, которое заключается в создании контакта двух веществ и его разрыве, тем больший статический заряд удается накопить.

Если вы экспериментировать с различными материалами, то вполне могли обнаружить, что одни материалы способны накапливать положительный заряд, а другие отрицательный, одни материалы делают это лучше других, а другие хуже. Оказывается, мы можем ранжировать материалы в порядке их соответствия с зарядом, который они получают.

Трибоэлектрические серии

Трибоэлектрические серии

Если тереть друг о друга материалы очень близкие по ранжиру в трибоэлектрической серии, то, как долго и энергично вы бы не терли их, вам не удастся получить статического электричества вообще, или же оно будет весьма незначительно. Это доказывает, что причиной образования статического электричества является не трение, а трибоэлектрический эффект. Первостепенное значение имеет свойства атомов вещества материалов участвующие в трении, а само трение является сопутствующим условием.

Дата: 30.04.2015

© Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)



Возможно Вам будут интересны следующие статьи из этого раздела:

Если Вы не нашли ничего интересного в этом разделе, тогда Вам следует воспользоваться левым вертикальным меню, чтобы попасть в интересующий Вас раздел сайта.