Как выработать статическое электричество: «Как накопить статическое электричество?» — Яндекс Кью

Электричество можно добыть из снега / Хабр

Каждый, кто хоть раз помогал «прикурить» севший от сильного холода автомобильный аккумулятор, знает, что мороз и электричество не сочетаются. Однако исследовательская компания Nanotech Energy придумала способ добычи электричества из снега. Доклад об этом появился в журнале Nano Energy в июне 2019 года, но с приближением зимы тема становится как нельзя более актуальной.

Ещё в 1960-х годах учёные заметили, что у снега есть интересное свойство: он несёт положительный заряд. Соответственно, при взаимодействии с материалом, несущим отрицательный заряд, из снега можно извлечь энергию. Эту особенность и взяли на вооружение исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), создав небольшой силиконовый датчик-генератор, способный получать электричество прямо из снега.

«Снег уже имеет заряд, и мы подумали, почему бы не взять другой материал с противоположным зарядом и не попробовать создать электричество?»

— Махер Эль-Кади, технический директор исследовательской компании Nanotech Energy.

Устройство получило название Snow TENG (снежный трибоэлектрический наногенератор). Как видно из названия, работает оно за счёт трибоэлектрического эффекта (появления электрических зарядов в материале в результате трения). Подобные устройства используются для создания генераторов малой мощности, получающих энергию от движения тела, прикосновений к поверхности или шагов человека по полу.

Команда UCLA крепила устройство на подошвы ботинок и шины велосипедов

Почему устройство силиконовое? Исследователи протестировали разные материалы, включая тефлоновую и алюминиевую фольгу. Но силикон оказался эффективнее. Этот дешёвый материал лучше всего справился с «захватом» электронов.

Snow TENG легко изготовить с помощью 3D-принтера. На пластиковый электрод, способный «захватывать» статическое электричество, наносится слой силикона. Готовое устройство получается прочным, гибким, водостойким и лёгким. При этом оно не требует никаких дополнительных элементов питания.

Учитывая, что в основе технологии лежит силикон, Snow TENG вполне реально превратить в прозрачный водонепроницаемый спрей.

Это интересная возможность, ведь тогда его можно нанести на солнечные батареи, чтобы они могли работать в удалённых заснеженных районах и генерировали энергию даже в метель. Snow TENG можно использовать для создания энергонезависимых метеостанций. Или вообще покрыть им стены зданий. Это, с одной стороны, повысит уровень гидроизоляции, а с другой — во время снегопада здание станет огромным электрогенератором.

Энергии хватит, чтобы подзарядить арктическую метеостанцию или «умные» часы

Где подвох?

Ложка дёгтя, конечно, есть. Проблема в малой удельной мощности устройства, которая составляет 0,2 мВт на квадратный метр. То есть напрямую к электросети подключать Snow TENG бессмысленно. А вот для питания небольших устройств технология вполне подходит. Так что вполне вероятно, что вскоре появится носимая электроника для зимних видов спорта, способная подзаряжаться от движения лыж или ботинок по снегу.

Что такое статическое электричество· ИВАНМАСТЕР Москва

Понятие статического электричества нам знакомо еще со школьной скамьи. Его изучают на предмете физика и известно, что оно появляется вследствие возникновения заряда на разных предметах. Стандартно оно может возникнуть в результате трения или простого прикосновения. Чтобы понять понятие статистическое электричество научным языком, нужно разобраться со строением обычного вещества. Его конструкция состоит из атомов, в середине которых расположено ядро, а вокруг находятся протоны и электроны. Они совершают хаотичное движение и способны перемещаться между атомами. При этом происходит привычный процесс создания положительных и отрицательных ионов. Именно дисбаланс приводит к созданию статики.

По каким причинам возникает статистическое электричество

Статистическое электричество часто проявляется в бытовых условиях. Особенно оно проявляется при низких токах и высоком напряжении. Здоровью людей при этом статистика совершенно не угрожает, но вся опасность состоит в угрозе электрическим бытовым приборам. При этом статистический заряд протонов и электронов имеет равные величины, но отличается показателями полярности. Иногда поломки случаются в микропроцессорах, транзисторах и иных элементах.

Обычно оно возникает при следующих факторах:

1. Когда начинают контактировать два предмета, причем формы взаимодействия значения не имеют.
2. Если окружающая температура совершает сильный скачок.
3. При появлении радиационного фона, ультрафиолетовом излучении или рентгеновских лучей.
4. При функционировании различных механизмов, например, устройства для резки бумаги или раскроечного станка.

В природных условиях мы можем наблюдать возникновение статистического электричества при грозе. Облака при перемещении по небу контактируют с воздухом, который имеет большое содержание жидкости. Вследствие этого возникает статистический заряд, который выражается в совершаемом разряде. Он происходит между облаком и землей, а также между самими облаками.

Разряд улавливают специальные устройства, именуемые в простонародии громоотводами.

Также он способен передавать часть энергии металлическим предметам и если человек совершит прикосновение к ним, то произойдет удар током. При этом он никакого вреда здоровью не причинит, просто будут неприятные ощущения. Нужно не забывать важную вещь, что заряд способен вызвать возгорание отдельных предметов, поэтому следует быть весьма осторожными.

Статистическое электричество постоянно сопровождает человека и проявляется практически везде. Если мы снимаем куртку или прикасаемся к личной автомашине, то слышим небольшой треск, при котором резко одергиваем руку. Также электрический разряд может возникнуть при резке бумаги, приведении в порядок волос или заливке ГСМ. Пользование электрическими приборами увеличит создаваемый эффект. Одним словом, в бытовых условиях можно часто встретиться с явлением статистического заряда.

Какую пользу и вред приносит статика

Статику пробовали применять некоторые ученые, для чего создавали огромные устройства, от которых не было никакого эффекта. Полезным оказалось открытие коронного заряда, которое широко применяется производственными предприятиями. При помощи статического заряда можно покрасить сложные поверхности механизмов и очистить газы от вредных веществ. Но при этом существуют действительно большие проблемы. Может произойти электрический удар, который имеет большую мощность. Он может иметь для человека самые пагубные последствия, при чем, это может произойти как в быту, так и на работе.

Отрицательные моменты от удара статическим зарядом встречаются при снимании синтетического предмета одежды, при завершении движения на автомашине и выходе из нее, включении бытового предмета на кухне и т.д. Это вредно для человека, но от этого явления никуда не деться. Статика влияет на работу сердечно-сосудистой системы, поэтому требуется выработать определенную систему защиты.

К тому же, статика помимо вреда человеку способна оказывать негативное действие на дорожки микросхем и ликвидировать функциональность полевых транзисторов.

Особенно требуется соблюдать осторожность в компаниях, которые своим видом деятельности выбрали обработку бумаги. Механизмы, которые накапливают статическое электричество, часто ломаются и совершают неправильное склеивание друг с другом, осуществляют сбор пыли, и совершают неправильное наматывание нитей на бобины. Причина кроется в возникновении статического заряда, которые инициирует сбой системы. Но это только цветочки. На полиграфических комбинатах часто задействуют пожароопасные растворители, и они могут загореться. К примеру, когда начинается проверка пожарным надзором, то иногда выясняется, что на операторе, обслуживающим оборудование, не была одета обувь, содержащая токопроводящую подошву. Естественно, что всех собак вешают на рабочего.

Разряды разделяются по видам и бывают следующими: искровыми, кистевыми и скользяще-кистевыми. В случае с присутствием человека происходит искровой разряд. Кистевой происходит на оборудовании, имеющим заострение. Инженеры по технике безопасности давно озадачены проблемами при несанкционированном возникновении статического электричества. При попадании на человека заряд необходимо снять путем прикосновения к заземлению или к заземленным устройствам. При этом возможно получение сильного удара током и получение травмы. Статика отрицательно сказывается на внешнем самочувствии человека. Возможно падение аппетита и бессонница. Чтобы пыль не играла определяющего значения для производства и работающих на нем людей, работодатели устанавливают вентиляционное оборудование, которое способно защитить человека от грязи.

Как обычно снимают статическое электричество

Владельцы предприятий в этой ситуации поступают стандартно, устанавливая заземляющие устройства. Если речь идет о производственном предприятии, то применяются экраны. При использовании жидкой среды употребляют присадки и растворители. В них содержаться вещества с маленькой молекулярной массой. Молекулы, вступая в реакцию с влагой, способствуют очищению организма от статического электричества. Если человек находится в не специальной обуви, которая не предохраняет от возникновения разряда, то он должен моментально прикоснуться к заземлению.

Конечно, при этом он примет сильный удар, но останется жив.

Существуют и другие способы ликвидации этого явления. Например, проведение ионизации или применение воздушных ножей. Активно используют антистатические материалы, в частности, линолеум. На предприятиях, связанных с обработкой бумаги, специально смачивают окружающие материалы и таким образом на время оттягивают действие статического электричества. Влага не способствует накоплению статики и разряд уходит.

Чтобы снизить воздействие такого электричества необходимо придерживаться следующих обязательных правил:

1. Периодически проводить увлажнение воздуха в комнате.
2. Активно применять антистатические материалы.
3. Сиденья в автомашине и предметы в помещении вытирать антистатическими салфетками.
4. Следить, чтобы собственная кожа была всегда влажной.
5. Выкинуть синтетические предметы одежды.
6. Взять за правило носить обувь, сшитую из натуральной кожи.
7. Ликвидировать статический заряд после стирки.

Проведение данных мероприятий будет способствовать нормальной работе, и Вы будете ощущать себя спокойно.

Статическая наука: насколько хорошо различные материалы производят статическое электричество?

• Share on Facebook

• Share on Twitter

• Share on Reddit

• Share on LinkedIn

• Share via Email

• Print

Key concepts
Электричество
Материалы
Проводимость
Электроны

Введение
Вы когда-нибудь замечали, что некоторые виды одежды более восприимчивы к статическому электричеству, чем другие? Например, шерстяной свитер может сильно прилипать к статике, а одежда из хлопка не так сильно прилипает. Насколько хорошо другие материалы вокруг дома производят статическое электричество? В этом научном задании вы изучите это, изготовив простой самодельный электроскоп (прибор, обнаруживающий электрические заряды) и протестировав его. Результаты могут вас шокировать!

Фон
Статическое электричество — это накопление электрического заряда на объекте. Этот заряд может быть внезапно разряжен (например, когда молния сверкает в небе) или может привести к притяжению двух объектов друг к другу. Свежие носки из сушилки, которые цепляются друг за друга, являются хорошим примером этой привлекательности в действии. В частности, статическое цепляние — это притяжение между двумя объектами с противоположными электрическими зарядами, одним положительным и одним отрицательным.

Статическое электричество может быть создано трением одного предмета о другой предмет. Это связано с тем, что трение высвобождает отрицательные заряды, называемые электронами, которые могут накапливаться на одном объекте, создавая статический заряд. Например, когда вы шаркаете ногами по ковру, электроны могут переходить на вас, создавая статический заряд на вашей коже. Вы можете внезапно разрядить статический заряд в виде удара током, когда прикоснетесь к другу или каким-либо предметам.

В то время как объекты с противоположными зарядами притягиваются друг к другу (например, липкие, свежевысушенные носки), объекты с одинаковым зарядом отталкиваются. Этот принцип используется при создании электроскопа — научного прибора, обнаруживающего электрические заряды.

Материалы

• Чашка из пенопласта
• Острый карандаш или шпажка
• Пластиковая соломинка для питья
• Алюминиевая форма для пирога
• Лента
• Глина (по желанию)
• Ножницы
• Резьба
• Алюминиевая фольга
• Тарелка из пенопласта (в качестве альтернативы подойдет крышка из пенопласта от контейнера для еды на вынос.)
• Воздушный шар
• Неметаллический стол или письменный стол (например, деревянный, пластиковый или стеклянный стол или письменный стол.)
• По крайней мере, один материал для тестирования (он должен быть не больше, чем пластина, или его можно сложить, чтобы он был маленьким и мог лежать ровно. Некоторые из различных материалов, которые вы можете протестировать, включают полиэстер, нейлон, хлопок, шерсть, шелк, алюминий, полиэтиленовая пленка, медь, дерево и папиросная бумага.)

Подготовка

• Чтобы сделать самодельный электроскоп, сначала проделайте два отверстия в нижней части стакана из пенопласта (на противоположных сторонах стакана), например, проткнув стакан острым карандашом или шпажкой. (Всегда соблюдайте осторожность и пользуйтесь помощью взрослых при работе с острыми предметами.) Проденьте пластиковую соломинку через оба отверстия.
• Затем с помощью скотча или четырех маленьких глиняных шариков закрепите отверстие чашки на алюминиевом поддоне (перевернув чашку вверх дном). Если вы используете глину, прикрепите четыре маленьких шарика глины (каждый диаметром примерно в полдюйма) к краю чашки, затем переверните чашку вверх дном и приклейте ее к алюминиевой кастрюле. Отрегулируйте положение соломинки так, чтобы один конец соломинки находился прямо над краем кастрюли.
• Отрежьте кусок нити, длина которого примерно в два-три раза превышает расстояние между соломинкой и краем сковороды. Завяжите несколько узлов на одном конце нити.
• Вырежьте квадрат из алюминиевой фольги размером один дюйм. Используйте его, чтобы сделать шарик вокруг узлов на нитке. Шарик должен быть размером с шарик или меньше и быть достаточно тугим, чтобы не свалиться с нити.
• Прикрепите нить к кончику соломинки так, чтобы шарик из фольги свисал прямо с соломинки, едва касаясь края кастрюли. Как вы думаете, почему важно, чтобы мяч касался кастрюли? При необходимости отрегулируйте положение соломинки. (Если конец нити без шарика свисает вниз и касается поддона, обрежьте его так, чтобы он не касался поддона.)
• Теперь ваш самодельный электроскоп готов к испытаниям! При работе с электричеством соблюдайте меры предосторожности и остерегайтесь поражения электрическим током.

Процедура

• Чтобы проверить электроскоп, создайте статическое электричество, потерев надутый воздушный шар о пластину из пенопласта. Несколько раз протрите пластину из пенопласта шариком. Как вы думаете, как это создает статическое электричество?
• Быстро поместите электрически заряженную пластину на стол или стол (не металлический). Затем поместите электроскоп, который вы сделали, поверх пластины. Обязательно держите электроскоп только за пенопластовый стакан, а не за алюминиевый поддон, иначе он не будет работать! Как вы думаете, почему это так?
• Вы должны увидеть, как шарик из алюминиевой фольги отходит от края кастрюли. Как вы думаете, почему мяч движется вот так? Можете ли вы объяснить, что происходит?
• Теперь коснитесь мяча пальцем. Что происходит?
• Теперь, когда вы знаете, что ваш электроскоп работает, вы можете использовать его для проверки наличия статического электричества в других материалах. Для этого сначала разрядите электроскоп, прикоснувшись пальцем к поддону. Затем несколько раз протрите материал, который хотите протестировать, шариком, чтобы зарядить материал. Затем быстро поднимите электроскоп (удерживая его за пенопластовую чашку) и поместите испытуемый материал поверх пластины из пенопласта так, чтобы материал ровно лежал на пластине. Убедитесь, что материал не касается стола. Затем поместите электроскоп поверх объекта. Что происходит с шариком из алюминиевой фольги? Как вы думаете, почему это так?
• Снова коснитесь мяча пальцем. Что происходит на этот раз?
• Основываясь на ваших наблюдениях, был ли протестированный вами материал способен удерживать статический электрический заряд?
• Дополнительно: Используйте самодельный электроскоп, чтобы проверить еще больше материалов. Какие из них могут удерживать статический заряд, а какие нет?
• Дополнительно: Вы также можете использовать свой электроскоп, чтобы выяснить, какие материалы проводят больше всего статического электричества. Это связано с тем, что чем дальше алюминиевый шарик перемещается от алюминиевого поддона, тем больше заряд испытуемого материала. Какие обычные бытовые материалы могут создавать наибольший электрический заряд; какие меньше всего?
• Дополнительно: Некоторые объекты заряжаются отрицательно, а другие положительно заряжаются статическим электричеством. Попробуйте найти способ исследовать это. Этот тип электроскопа обнаруживает оба типа? Как вы можете определить разницу между ними?
• Дополнительно: Статическое электричество вредно, когда попадает на одежду! Попробуйте провести эксперимент, потирая объект с помощью сушилки-смягчителя (например, Bounce) после того, как потерли объект о воздушный шарик. Как работают сушильные листы? Что происходит с показаниями электроскопа после трения заряженного предмета о сушильный лист? Как сравниваются различные листы для сушки?

 
Наблюдения и результаты
Отодвинулся ли алюминиевый шарик на электроскопе от кастрюли, когда вы поместили электроскоп на заряженную пластину из пенопласта? Другой материал, который вы тестировали, вел себя так же или вообще не двигал шарик?

Когда объект, такой как пластина из пенопласта, становится электрически заряженным, он может быть как положительным, так и отрицательным. (Если у объекта много электронов, он заряжен отрицательно; если у него мало электронов, он заряжен положительно. Склонен ли объект приобретать или терять электроны, зависит от типа материала, из которого он сделан.) Когда заряженный объект (например, заряженная пластина из пенопласта) касается алюминиевой поддона электроскопа, заряд (или электроны) легко проходит через металлическую поддон. Поскольку алюминиевый шарик касается кастрюли, он получает тот же заряд, что и кастрюля, — оба они либо положительные, либо отрицательные. Поскольку объекты с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга, мяч отталкивается от кастрюли. Материалы, которые имеют тенденцию приобретать или терять электроны, включают шерсть, человеческие волосы, сухую кожу, шелк, нейлон, папиросную бумагу, полиэтиленовую пленку и полиэстер — и при тестировании этих материалов вы должны были обнаружить, что они перемещают алюминиевый шарик так же, как пластина из пенополистирола. делал.

Дополнительные материалы для изучения
Что такое статическое электричество?, от Science Made Simple
Влияние материалов на статическое электричество, от Школы Рона Куртуса для чемпионов
Электроскоп, от PBS Kids
Как разные материалы реагируют на статическое электричество?, от Science Друзья

ОБ АВТОРЕ(АХ)

Веселье со статическим электричеством! | The Franklin Institute

Вы когда-нибудь терли голову воздушным шаром, чтобы волосы встали дыбом? Вы когда-нибудь ходили по ковру в носках и получали удар дверной ручкой? Это примеры статического электричества. Экспериментируйте со статическим электричеством, используя предметы, найденные в вашем доме!

Возраст : 4+ 
Время : 10–30 минут
Темы : электричество, статика, заряд, притяжение, отталкивание

Что вам нужно:

5 Воздушный шар
• Различные виды ткани, например:
• Войлок
• Флисовая куртка
• Хлопковая футболка
• Одно или все из следующего:
  • Пластиковая линейка
  • Пластиковые гребни
  • Ручки или маркеры
• Легкие предметы и материалы, такие как:
  • Пенопластовая упаковка для арахиса (не кукурузного крахмала)
  • Пустые алюминиевые банки
  • Шарики для пинг-понга
  • Папиросная бумага
  • Алюминиевая фольга
  • Пластиковые пакеты
  • Веревка или лента
  • Конфетти или маленькие кусочки бумаги
  • О-образная каша

Что делать:

Попробуйте создать статическое электричество, потирая разные материалы!

1. Используя один из кусочков ткани, потрите один из других предметов (линейку, расческу, ручки или маркеры) вперед и назад в течение нескольких секунд, чтобы накопить статический заряд. Поднесите заряженный предмет к одному из легких материалов, например к воздушному шару или упаковке арахиса. Что ты заметил?

2. Попробуйте потереть другой предмет той же тканью и проверить его на воздушном шаре или упаковке арахиса. Результат такой же? Попробуйте разные комбинации ткани и предмета вместе.

• Создают ли некоторые комбинации ткани и предметов более сильное накопление статического заряда, чем другие?
• Откуда ты знаешь?

3. Теперь протестируйте другие легкие материалы. Используйте любую ткань и объект, которые, по вашему мнению, лучше всего подходят для шага 2, и создайте статический заряд на объекте. Держите объект рядом с различными легкими материалами (алюминиевые банки, пластиковый пакет, мячик для пинг-понга и т. д.) и наблюдайте, что происходит.

• Какие материалы притягиваются (двигаются к заряженному объекту), а какие отталкиваются (уходят)?
• Что общего между объектами, которые притягиваются?
• Что общего между отталкиваемыми объектами?

4. Начертите на листе бумаги схему, подобную приведенной ниже. Используйте воздушный шар, чтобы создать статическое электричество, потирая его тканью (или волосами). Теперь поэкспериментируйте с материалами, перечисленными в таблице, чтобы увидеть, как они себя ведут: 

• Притянутся ли они к воздушному шару?
• Останутся ли они прилипшими к воздушному шару, если вы осторожно переместите или встряхнете воздушный шар?
• Влияет ли размер или форма используемого вами материала на его поведение?

Сначала сделайте несколько прогнозов, а затем посмотрите, как будут сравниваться результаты.

Объект	Прогноз	Результат
Папиросная бумага
Алюминиевая фольга
Пряжа/нить
Упаковка арахиса
Лента
Конфетти
О-образная каша

5. Другие идеи, которые стоит попробовать:

• Потрите шарик о волосы, чтобы накопить статический заряд. Сможете ли вы заставить воздушный шар прилипнуть к стене, своей рубашке или спине ничего не подозревающего взрослого?
• Можно ли сдвинуть алюминиевую банку с помощью статического электричества? Используйте заряженный статическим электричеством воздушный шар, чтобы перемещать банку по полу или столу, не касаясь ее. (Подсказка: положите банку на бок, чтобы она могла катиться!) Вы также можете попробовать то же самое с мячиком для пинг-понга.
• Подвесьте шарики для пинг-понга или овсяные хлопья на веревках. Используйте заряженный статическим электричеством воздушный шар (или другой предмет) и посмотрите, сможете ли вы заставить их «танцевать» на струнах, не касаясь их.

 Что происходит?

Атомы — это очень, очень маленькие частицы, из которых построено все во Вселенной. Хотя атомы действительно малы, они состоят из других, еще более мелких частиц.