Har du nogensinde fået et chok fra at røre ved en dørknop eller set dit hår blive kruset på særlig kolde, tørre dage? Hvis du har haft nogen af disse oplevelser, er du stødt på statisk elektricitet. Statisk elektricitet er opbygningen af elektrisk ladning (positiv eller negativ) på et sted. Det kaldes også "elektricitet i ro."
Nøglemateriale: Statisk elektricitet
- Statisk elektricitet opstår, når ladningen opbygges et sted.
- Objekter har typisk en samlet ladning på nul, så akkumulering af en ladning kræver overførsel af elektroner fra et objekt til et andet.
- Der er flere måder at overføre elektroner på og dermed opbygge en ladning: friktion (den triboelektriske effekt), ledning og induktion.
Årsagerne til statisk elektricitet
En elektrisk ladning—defineret som enten positiv eller negativ - er en egenskab ved materie, der får to elektriske ladninger til at tiltrække eller afvise. Når to elektriske ladninger er af samme art (begge positive eller begge negative), vil de afvise hinanden. Når de er forskellige (en positiv og en negativ), tiltrækker de.
Statisk elektricitet opstår, når ladningen opbygges et sted. Objekter er typisk hverken positivt eller negativt ladede - de oplever en samlet ladning på nul. Akkumulering af en ladning kræver overførsel af elektroner fra et objekt til et andet.
Fjernelse af negativt ladede elektroner fra en overflade får den overflade til at blive positivt ladet, mens tilføjelse af elektroner til en overflade får den overflade til at blive negativt ladet. Således, hvis elektroner overføres fra objekt A til objekt B, vil objekt A blive positivt ladet, og objekt B vil blive negativt ladet.
Opladning efter friktion (Triboelektrisk effekt)
Den triboelektriske effekt reflekteres til overførsel af ladning (elektroner) fra en genstand til en anden, når de gnides sammen via friktion. For eksempel kan den triboelektriske virkning forekomme, når du blander dig over et tæppe iført sokker om vinteren.
Den triboelektriske effekt har en tendens til at forekomme, når begge genstande er elektrisk isolerende, hvilket betyder, at elektroner ikke frit kan strømme. Når de to genstande gnides sammen og derefter adskilles, har overfladen på det ene objekt fået en positiv ladning, mens overfladen på det andet objekt har fået en negativ ladning. Ladningen af de to objekter efter adskillelse kan forudsiges fra triboelektrisk serie, der viser materialer i den rækkefølge, de er tilbøjelige til at blive positivt eller negativt ladet.
Da elektroner ikke frit kan bevæge sig, kan de to overflader forblive ladede i lang tid, medmindre de udsættes for et elektrisk ledende materiale. Hvis et elektrisk ledende materiale som metal røres til de ladede overflader, kan elektronerne bevæge sig frit, og ladningen fra overfladen fjernes.
Dette er grunden til at tilføje vand til hår, der krøllet på grund af statisk elektricitet, vil fjerne det statiske. Vand, der indeholder opløste ioner - som det er tilfældet med ledningsvand eller regnvand - leder elektrisk og fjerner de opladninger, der er samlet på håret.
Opladning ved ledning og induktion
Ledning henviser til overførsel af elektroner, når genstande er placeret i kontakt med hinanden. For eksempel kan en overflade, der er positivt ladet, få elektroner, når den berører et neutralt ladet objekt, hvilket forårsager det andet objekt, der bliver positivt ladet, og det første objekt, der bliver mindre positivt ladet end det tidligere var.
Induktion involverer ikke en overførsel af elektroner, og den involverer heller ikke direkte kontakt. Det bruger snarere princippet om, at "lignende afgifter frastøder og modsatte afgifter tiltrækker." Induktion sker med to elektriske ledere, fordi de tillader ladninger at bevæge sig frit.
Her er et eksempel på opladning ved induktion. Forestil dig, at to metalgenstande, A og B, er placeret i kontakt med hinanden. Et negativt ladet objekt placeres til venstre for Objekt A, der frastøder elektronerne på venstre side af Objekt A og får dem til at flytte til Objekt B. De to objekter adskilles derefter, og ladningen omfordeler sig selv over hele objektet, hvilket efterlader objekt A positivt ladet og objekt B generelt negativt ladet.
Kilder
- Beaver, John B. og Don Powers. Elektricitet og magnetisme: Statisk elektricitet, strømstyrke og magneter. Mark Twain Media, 2010.
- Christopoulos, Christos. Principper og teknikker for elektromagnetisk kompatibilitet. CRC Press, 2007.
- Vasilescu, Gabriel. Principper og applikationer til elektronisk støj og interfererende signal. Springer, 2005.