Как работает статическое электричество?

Вы когда-нибудь получали удар током от прикосновения к дверной ручке или видели, как ваши волосы становятся пушистыми в особенно холодные и сухие дни? Если у вас было что-то из этого, значит, вы сталкивались со статическим электричеством. Статическое электричество - это накопление электрического заряда (положительного или отрицательного) в одном месте. Его также называют "электричеством покоя".

Основные выводы: Статическое электричество

- Статическое электричество возникает, когда заряд накапливается в одном месте.
- Объекты обычно имеют общий заряд, равный нулю, поэтому для накопления заряда требуется перенос электронов с одного объекта на другой.
- Существует несколько способов переноса электронов и, следовательно, накопления заряда: трение (трибоэлектрический эффект), проводимость и индукция.

Причины статического электричества

Электрический заряд, определяемый как положительный или отрицательный, - это свойство материи, которое заставляет два электрических заряда притягиваться или отталкиваться. Когда два электрических заряда одинаковы (оба положительные или оба отрицательные), они будут отталкиваться друг от друга. Когда они разные (один положительный, а другой отрицательный), они притягиваются.

Статическое электричество возникает, когда заряд накапливается в одном месте. Как правило, объекты не заряжены ни положительно, ни отрицательно - их общий заряд равен нулю. Для накопления заряда требуется перенос электронов с одного объекта на другой.

Удаление отрицательно заряженных электронов с поверхности приводит к тому, что поверхность становится положительно заряженной, а добавление электронов к поверхности приводит к тому, что поверхность становится отрицательно заряженной. Таким образом, если электроны передаются от объекта A к объекту B, объект A станет положительно заряженным, а объект B - отрицательно заряженным.

Зарядка за счет трения (трибоэлектрический эффект)

Трибоэлектрический эффект относится к переносу заряда (электронов) с одного объекта на другой при трении между ними. Например, трибоэлектрический эффект может возникать, когда вы шаркаете по ковру в носках зимой.

Трибоэлектрический эффект, как правило, возникает, когда оба объекта электрически изолированы, то есть электроны не могут свободно перетекать. Когда два предмета трутся друг о друга, а затем разделяются, поверхность одного предмета приобретает положительный заряд, а поверхность другого - отрицательный. Заряд двух объектов после разделения можно предсказать на основе трибоэлектрического ряда, в котором перечислены материалы в порядке их склонности к положительному или отрицательному заряду.

Поскольку электроны не могут свободно перемещаться, две поверхности могут оставаться заряженными в течение длительного времени, если только они не находятся под воздействием электропроводящего материала. Если к заряженным поверхностям прикоснуться электропроводящим материалом, например металлом, электроны смогут свободно перемещаться, и заряд с поверхности будет снят.

Именно поэтому добавление воды в волосы, которые пушатся из-за статического электричества, снимет статическое электричество. Вода, содержащая растворенные ионы, как, например, водопроводная или дождевая вода, является электропроводной и снимает заряд, накопившийся на волосах.

Зарядка с помощью проводимости и индукции

Кондукция - это перенос электронов при контакте объектов друг с другом. Например, положительно заряженная поверхность может получить электроны при соприкосновении с нейтрально заряженным объектом, в результате чего второй объект становится положительно заряженным, а первый объект - менее положительно заряженным, чем он был ранее.

Индукция не предполагает перенос электронов и не предполагает прямого контакта. Скорее, она использует принцип: "подобные заряды отталкиваются, а противоположные притягиваются". Индукция происходит при наличии двух электрических проводников, поскольку они позволяют зарядам свободно перемещаться.

Приведем пример индукционной зарядки. Представьте, что два металлических предмета, A и B, находятся в контакте друг с другом. Слева от объекта А помещается отрицательно заряженный объект, который отталкивает электроны на левой стороне объекта А и заставляет их перемещаться к объекту В. Затем эти два объекта разделяются, и заряд перераспределяется по всему объекту, оставляя объект А положительно заряженным, а объект В - отрицательно заряженным.