Hur fungerar statisk elektricitet?

Har du någonsin fått en chock från att röra vid en dörrhandtag eller sett ditt hår bli krusigt på särskilt kalla, torra dagar? Om du har haft någon av dessa upplevelser har du stött på statisk elektricitet. Statisk elektricitet är en uppbyggnad av elektrisk laddning (positiv eller negativ) på en plats. Det kallas också "el i vila."

Viktiga takeaways: statisk elektricitet

• Statisk elektricitet uppstår när laddningen byggs upp på ett ställe.
• Objekt har vanligtvis en total laddning på noll, så att ackumulering av en laddning kräver överföring av elektroner från ett objekt till ett annat.
• Det finns flera sätt att överföra elektroner och därmed bygga upp en laddning: friktion (den triboelektriska effekten), ledning och induktion.

Orsakerna till statisk elektricitet

En elektrisk laddning-definierat som antingen positivt eller negativt - är en egenskap hos materie som får två elektriska laddningar att locka till eller stöta. När två elektriska laddningar är av samma slag (båda positiva eller båda negativa) kommer de att avvisa varandra. När de är olika (en positiv och en negativ) kommer de att locka.

Statisk elektricitet uppstår när laddningen byggs upp på ett ställe. Vanligtvis är objekt varken positivt eller negativt laddat - de upplever en total laddning på noll. Att ackumulera en laddning kräver överföring av elektroner från ett objekt till ett annat.

Att ta bort negativt laddade elektroner från en yta kommer att göra att ytan blir positivt laddad, medan du lägger till elektroner till en yta kommer att göra att ytan blir negativt laddad. Således, om elektroner överförs från objekt A till objekt B, kommer objekt A att bli positivt laddat och objekt B kommer att bli negativt laddat.

Laddning med friktion (Triboelektrisk effekt)

Triboelektrisk effekthänvisar till överföring av laddning (elektroner) från ett föremål till ett annat när de gnides ihop, via friktion. Till exempel kan den triboelektriska effekten uppstå när du blandar dig över en matta med strumpor under vintern.

Den triboelektriska effekten tenderar att uppstå när båda föremålen är elektriskt isolerande, vilket betyder att elektroner inte kan rinna fritt. När de två föremålen gnuggas ihop och sedan separeras, har ytan på ett objekt fått en positiv laddning, medan ytan på det andra objektet har fått en negativ laddning. Laddningen av de två föremålen efter separering kan förutsägas från triboelektriska serier, som listar material i den ordning de är benägna att bli positivt eller negativt laddade.

Eftersom elektroner inte fritt kan röra sig, kan de två ytorna förbli laddade under lång tid, såvida de inte utsätts för ett elektriskt ledande material. Om ett elektriskt ledande material som metall berörs till de laddade ytorna kan elektronerna röra sig fritt och laddningen från ytan tas bort.

Det är därför man lägger till det statiska genom att lägga till vatten i håret som fryser på grund av statisk elektricitet. Vatten som innehåller upplösta joner - som är fallet med kranvatten eller regnvatten - leder elektriskt och tar bort de laddningar som har samlats på håret.

Laddning med ledning och induktion

Ledning avser överföring av elektron när objekt placeras i kontakt med varandra. Exempelvis kan en yta som är positivt laddad få elektroner när den berör ett neutralt laddat objekt, vilket får det andra objektet att bli positivt laddat och det första objektet blir mindre positivt laddat än det tidigare var.

Induktion innebär inte en överföring av elektroner, och heller inte direkt kontakt. Snarare använder den principen att "likadana avgifter stöter och motsatta avgifter lockar." Induktion sker med två elektriska ledare, eftersom de tillåter laddningar att röra sig fritt.

Här är ett exempel på laddning genom induktion. Föreställ dig att två metallföremål, A och B, är placerade i kontakt med varandra. Ett negativt laddat objekt placeras till vänster om Objekt A, som avvisar elektronerna på vänster sida av Objekt A och får dem att flytta till Objekt B. De två objekten separeras sedan, och laddningen distribuerar sig själv över hela objektet, lämnar objekt A positivt laddat och objekt B totalt negativt laddat.

källor

• Beaver, John B. och Don Powers. Elektricitet och magnetism: Statisk elektricitet, ström och elektricitet. Mark Twain Media, 2010.
• Christopoulos, Christos. Principer och tekniker för elektromagnetisk kompatibilitet. CRC Press, 2007.
• Vasilescu, Gabriel. Principer och tillämpningar för elektroniska buller och störande signaler. Springer, 2005.