Kuinka staattinen sähkö toimii?

Oletko koskaan saanut sokin koskettamalla ovenkahvaa, tai nähnyt hiustesi turvonneita erityisen kylminä, kuivina päivinä? Jos sinulla on jokin näistä kokemuksista, olet kohdannut staattisen sähkön. Staattinen sähkö on sähkövarauksen (positiivisen tai negatiivisen) kertyminen yhdessä paikassa. Sitä kutsutaan myös ”sähköä levossa”.

Keskeiset tavarat: Staattinen sähkö

Sähkövaraus—määritelty joko positiiviseksi tai negatiiviseksi - on aineen ominaisuus, joka saa aikaan kaksi sähkövarausta houkuttelemaan tai torjumaan. Kun kaksi sähkövarausta on saman tyyppisiä (molemmat positiiviset tai molemmat negatiiviset), ne hylkivät toisiaan. Kun ne ovat erilaisia ​​(yksi positiivinen ja yksi negatiivinen), he houkuttelevat.

Staattista sähköä tapahtuu, kun varaus kertyy yhdessä paikassa. Tyypillisesti esineitä ei ole positiivisesti tai negatiivisesti ladattu - niiden kokonaisvaraus on nolla. Latauksen kertyminen vaatii elektronien siirtämistä objektista toiseen.

Negatiivisesti varautuneiden elektronien poistaminen pinnalta aiheuttaa pinnan positiivisen varautumisen, kun taas elektronien lisääminen pintaan aiheuttaa tämän pinnan negatiivisen varautumisen. Siten, jos elektroneja siirretään objektista A esineeseen B, objekti A tulee positiivisesti varautuneeksi ja objekti B negatiivisesti varautuneeksi.

Triboelektrinen vaikutus viittaa varauksen (elektronien) siirtoon esineestä toiseen, kun niitä hankaa yhdessä kitkan kautta. Esimerkiksi triboelektrinen vaikutus voi ilmetä, kun sekoitat maton päällä talvella yllään sukkia.

Triboelektrinen vaikutus ilmenee, kun molemmat esineet ovat sähköisesti eristävä, eli elektronit eivät voi vapaasti virtaa. Kun kahta esinettä hierotaan ja erotetaan sitten, yhden esineen pinta on saanut positiivisen varauksen, kun taas toisen esineen pinta on saanut negatiivisen varauksen. Kahden esineen varaus erottamisen jälkeen voidaan ennustaa triboelektrinen sarja, jossa luetellaan materiaalit siinä järjestyksessä, jossa niillä on taipumus tulla positiiviseksi tai negatiiviseksi.

Koska elektronit eivät voi liikkua vapaasti, molemmat pinnat voivat pysyä varautuneina pitkään, elleivät ne ole alttiina sähköä johtavalle materiaalille. Jos koskettaa sähköä johtavaa materiaalia, kuten metalli, varautuneisiin pintoihin, elektronit voivat liikkua vapaasti ja varaus pinnalta poistuu.

Tästä syystä veden lisääminen staattisesta sähköstä johtuviin hiuskarvoihin poistaa staattiset. Vesi, joka sisältää liuenneita ioneja - kuten vesi- tai sadevedessä - on sähköä johtavaa ja poistaa hiusiin kertyneet varaukset.

Johtavuus tarkoittaa elektronien siirtoa, kun esineet asetetaan kosketuksiin toistensa kanssa. Esimerkiksi positiivisesti varautunut pinta voi saada elektronia, kun se koskettaa neutraalisti varautunutta kohdetta, aiheuttaen toisesta esineestä tulee positiivisesti varautunut ja ensimmäisestä esineestä vähemmän positiivisesti varautunut kuin se aikaisemmin oli.

Induktio ei sisällä elektronien siirtoa, eikä siihen liity suoraa kontaktia. Pikemminkin se käyttää periaatetta, jonka mukaan "kuten maksut torjuvat ja vastakkaiset maksut houkuttelevat". Induktio tapahtuu kahdella sähköjohtimella, koska ne antavat varausten liikkua vapaasti.

Tässä on esimerkki induktiolataamisesta. Kuvittele, että kaksi metalliesinettä, A ja B, ovat kosketuksissa toisiinsa. Negatiivisesti varautunut objekti asetetaan objektin A vasemmalle puolelle, joka hylkää objektin A vasemmalla puolella olevat elektronit ja saa ne liikkumaan esineeseen B. Sitten kaksi objektia erotetaan, ja varaus jakautuu uudelleen koko objektiin, jolloin objekti A on positiivisesti ladattu ja objekti B negatiivisesti ladattu kokonaisuutena.

• Beaver, John B. ja Don Powers. Sähkö ja magneettisuus: staattinen sähkö, nykyinen sähkö ja magneetit. Mark Twain Media, 2010.
• Christopoulos, Christos. Sähkömagneettisen yhteensopivuuden periaatteet ja tekniikat. CRC Press, 2007.
• Vasilescu, Gabriel. Sähköisen melun ja häiritsevien signaalien periaatteet ja sovellukset. Springer, 2005.