Статический заряд: Что такое статическое электричество — Лайфхакер

Содержание

Что такое статическое электричество — Лайфхакер

Откуда берётся статическое электричество

Мир состоит из атомов. Это крошечные частицы, из которых построено наше тело, джинсы на ногах, сиденье в авто под пятой точкой и смартфон с Лайфхакером на экране.

Внутри атомов есть более мелкие элементы: ядро из протонов и нейтронов, а также электроны, которые вращаются вокруг него. Протоны заряжены со знаком плюс, электроны — со знаком минус.

Обычно у атома одинаковое число таких плюсов и минусов, поэтому у него нулевой заряд. Но иногда электроны покидают орбиты и притягиваются к другим атомам. Чаще всего это происходит в результате трения.

Движение электронов от одного атома к другому создаёт энергию, которую называют электричеством. Если направить её через провод или другой проводник, получится электрический ток. Его работу вы наглядно видите, когда заряжаете смартфон по кабелю.

Со статическим электричеством всё иначе. Оно «ленивое», не течёт и будто отдыхает на поверхности. У предмета появляется положительный заряд, если ему не хватает электронов, и отрицательный, когда они в избытке.

Как проявляется статическое электричество

1. Электрический разряд

Если надеть на ноги чистые сухие носки из шерсти и пошаркать ими по нейлоновому ковру, можно получить электрический разряд.

Во время трения электроны будут перепрыгивать с носков на ковёр и наоборот. В итоге они получат противоположный заряд и захотят уравновесить число электронов.

Если разница в их количестве достаточно большая, вы получите видимую искру, как только снова прикоснётесь носками к ковру.

2. Притягивание предметов

Если расчесать волосы пластиковой расчёской, она получит заряд статического электричества.

После этого она начнёт притягивать небольшие кусочки бумаги, пытаясь избавиться от дефицита или избытка электронов за их счёт.

3. Отталкивание предметов

Если натереть лист бумаги шерстяным шарфом, он получит статический заряд.

Когда вы попытаетесь согнуть бумагу, половинки начнут отталкиваться друг от друга именно из-за дисбаланса электронов.

Чем может быть опасно статическое электричество

Это явление способно привести к ряду опасных последствий.

1. Воспламенение

Статическое электричество может стать причиной пожара там, где используются легковоспламеняющиеся материалы — например, на полиграфических предприятиях.

На таком производстве много чернил и бумаги, которые быстро загораются. Они трутся об оборудование во время печати, возникает статическое электричество, появляется искра и начинается пожар .

2. Производственные нарушения

От статического электричества особенно страдают предприятия, которые производят пластмассу или текстиль.

Когда эти материалы положительно или отрицательно заряжены, они могут притягиваться или отталкиваться от рабочей поверхности.

Это нарушает процесс производства, поэтому предприятия используют ионизаторы воздуха, которые помогают предотвратить возникновение заряда.

3. Удар молнии

Во время перемещения воздушных потоков, которые насыщены водяными парами, возникает статическое электричество.

Оно создаёт грозовые облака с разным зарядом, которые разряжаются друг о друга или об озоновый слой. Так получаются молнии.

Молнии бьют в высокие здания, деревья и землю и становятся причиной поломок оборудования.

Как избежать появления статического электричества

1. Повышайте влажность

Сухой воздух в помещении — лучший друг статического электричества. Но оно практически не проявляется, если влажность превышает 85%.

Чтобы повысить этот показатель, регулярно проводите влажную уборку и используйте увлажнители воздуха.

Когда включено отопление, на батарею можно положить мокрую ткань, чтобы вода испарялась и делала воздух менее сухим.

2. Применяйте натуральные материалы

Большинство натуральных материалов сохраняют влагу, синтетические — нет. Поэтому первые меньше вторых подвержены возникновению статического электричества.

Если расчёсывать волосы пластиковой расчёской, они получат статический заряд и начнут разлетаться друг от друга, портя причёску. Этого можно избежать, используя аксессуары из дерева.

Такая же история с обувью на резиновой подошве. Она провоцирует создание статического электричества на теле. Но стельки из натуральных материалов нивелируют его эффект.

Футболки из хлопка, одежда из других натуральных тканей не создают статическое электричество. Искусственный свитер — наоборот.

3. Используйте заземление

С помощью него статическое электричество можно отвести в землю. Это касается не только громоотводов, которые перенаправляют заряд молний, но и работы с электрическим оборудованием.

Когда профессиональный мастер раскрывает ноутбук, чтобы почистить его от пыли, он обязательно использует специальный шнур заземления, закреплённый на руке, — антистатический браслет.

Антистатический браслет / aliexpress.com

Он нужен, чтобы избежать попадания разряда статического электричества от рук на микросхемы. Иначе он повредит их, и через время компьютер может выйти из строя.

Читайте также 🧐

откуда берется статическое электричество и как от него избавиться – Москва 24, 14.09.2015

Иллюстрация: Полина Бреева

Статическое электричество – это явление, спровоцированное появлением или исчезновением избыточного напряжения на поверхности или внутри материалов, не проводящих электрический ток (стекла, пластика и других). Их называют диэлектриками, в их молекулярной структуре почти отсутствуют свободные электроны. Как появляется этот эффект и каким образом с ним можно бороться, объяснили наши друзья из Детского центра научных открытий «ИнноПарк».

Статическое электричество появляется из-за нарушения равновесия внутри атома или молекулы. На внешних орбиталях образуется избыточное количество электронов либо их, наоборот, становится недостаточно. Наиболее распространенная причина нарушения этого равновесия – трение. Даже самая гладкая, зеркальная поверхность имеет микровыступы, неровности, шероховатости. Трение есть всегда и в любых средах: твердой, жидкой и газообразной.

Резкий перепад температур также может стать причиной электризации. Происходит изменение скорости движения и, соответственно, количества столкновений или колебаний атомов внутри кристаллической решетки или молекулы. Как следствие – спонтанное отделение электронов, которые могут скапливаться, тем самым создавая статический заряд.

В быту мы часто сталкиваемся с этим эффектом. Когда мы ходим по ковру, мы являемся носителями отрицательного заряда, а ворсинки у нас под ногами – положительного. Как только мы после такой прогулки возьмем в руки ключи, накопленное напряжение мгновенно разрядится и нас слегка тряхнет.

Особенно настойчиво статическое электричество преследует нас в холодное время года. Зимой низкая влажность, а на человеке больше одежды. Сухость плюс много диэлектриков – плодотворная среда для электризации. На шерстяном свитере и синтетической кофте хорошо скапливаются заряды. Бояться нечего, небольшие разряды статического электричества не могут нанести вреда человеку.

Если вам все же неприятно, вот несколько практических рекомендаций:

Ссылки по теме

1проложите хлопковой тканью стопки бумаги, пластика или синтетики;

2распыляйте на ковры антистатик;

3смазывайте волосы специальными средствами и выбирайте фен со встроенным ионным излучателем;

4если у вас в квартире кондиционер, дополните его увлажнителем воздуха;

5брейте ноги, это серьезно уменьшает риск скопления заряда.

Если приемы не сработали, есть способ быстро избавиться от напряжения. Одной рукой коснитесь заземленной поверхности – трубы или радиатора отопления, а в другой сожмите металлический предмет – скажем, связку ключей.

Елена Стрижакова, Детский центр научных открытий «ИнноПарк»

О «Физике города»

Каждый день, просыпаясь утром, мы погружаемся в город, полный фактур, звуков и красок. Пока мы идем на работу и гуляем в парке, нам в голову приходит миллион вопросов о том, как же все вокруг нас устроено в этом огромном мегаполисе. Почему под нами дрожит земля, когда под нами проезжает поезд метро? И может ли в Москве произойти землетрясение? Какими видят нас люди из космоса?

Мы предложили коллегам из Детского центра научных открытий «ИнноПарк» дать ответы на наши вопросы и разъяснить, сколько велосипедистов нужно для освещения столицы, какие оптические иллюзии можно увидеть в городе и как начать экономить энергию, не выходя из дома. Так появился проект «Физика города». Новые вопросы и новые ответы ищите на нашем сайте по понедельникам и четвергам.

Основы статического электричества | OPW Retail Fueling EMEA

Как возникает статическое электричество?

При движении топлива с низкой проводимостью, например бензина, в непроводящих трубах образуется заряд статического электричества. Отрицательные заряды накапливаются на стенке трубы, а положительные остаются в протекающем топливе. Такое разделение зарядов происходит так же, как при трении двух непроводящих материалов. Попытайтесь потереть воздушный шар о кожу или волосы, и получите электростатический заряд.

Поскольку в непроводящей трубе заряды не рассеиваются и не отводятся, они накапливаются на стенке трубы. Увеличению зарядов способствуют низкая проводимость топлива, высокая скорость потока, турбулентность в коленах, пламегасители, фильтры и т.д., а также наличие загрязнений в топливе. Тестирование непроводящих трубопроводов показало возможность накопления зарядов до 90000 В.

Нажмите, чтобы просмотреть анимационный ролик об образовании заряда — Принцип 1

Заряды распределяются по стенке трубы неравномерно, в зависимости от потока топлива и турбулентности в трубе. Разряды происходят между стенкой трубы и заземленным предметом (металлический фланец или аналогичное оборудование), между стенкой трубы и топливом, или между разнозаряженными зонами стенки трубы.

Разряд может привести к возгоранию воспламеняемой среды в трубе. Известно о возникновении таких ситуаций на конце сливных труб в сливной точке

Заряды в трубе также создают электростатическое поле вокруг трубы. Незаземленные проводящие предметы в этом поле получают наведенный электростатический потенциал. То есть, у фланцев, стяжных хомутов и прочих предметов снаружи трубы может быть опасный потенциал при отсутствии правильного соединения и заземления. Разряды могут происходить между этими и проводящими предметами с другим потенциалом: заземленными предметами, инструментами или людьми.

Нажмите, чтобы просмотреть анимационный ролик об электростатической индукции — Принцип 2

Проводящий трубопровод рассеивает статические заряды

В токопроводящей системе поток топлива создает меньше зарядов, а создаваемые заряды сразу устраняются заземлением.

Нажмите, чтобы просмотреть анимационный ролик рассеивания заряда в токопроводящей трубе

Статический заряд в напольных покрытиях — что это, обзор и советы по использованию

Антистатические свойства ламината

С явлением статического электричества мы сталкиваемся практически постоянно – легкий удар током от прикосновения к металлической поверхности не причиняет никакого вреда, но может напугать, особенно если человек находится в полной темноте. 

Несмотря на незначительное количество переносимого заряда, статическое электричество может стать причиной неприятных происшествий, которые необходимо предотвратить. Так, например, нередки случаи, когда, при получении электрического разряда, выходила из строя дорогостоящая hi-tech техника. Зимой явление статического электричества встречается значительно чаще – его появлению способствует ношение теплой шерстяной одежды, а также – сухость воздуха в помещениях, нагреваемого с помощью электрических приборов или батарей центрального отопления. Чтобы уменьшить вероятность разряда, необходимо как можно чаще проводить уборку, повышающую влажность воздуха.

В случае если на полу в помещении лежит ковер из натуральной шерсти или синтетическое ковровое покрытие, статические разряды преследуют человека постоянно. Увидеть это явление легко – перемещаясь по ковру в полной темноте, вы можете заметить, как ворсинки светятся за счет маленьких искр.

В отличие от коврового покрытия, ламинат не накапливает электрический заряд и позволяет снизить частоту явления статического электричества. Однако еще 5-6 лет назад, ламинированные напольные покрытия отличались низкой степенью электропроводимости, что обуславливало скопление на его поверхности, заряженных частиц. Понятно, что, испытывая постоянные неудобства при прикосновении к металлическим предметам, человек не мог чувствовать себя комфортно в собственном доме.

Первыми за решение проблемы статического электричества и ламинированного пола взялись специалисты итальянской компании SKEMA SRL, возглавляемой Domenico Barabas и Edoardo Friso. В 2005 году, в процессе производства ламината, были впервые использованы специальные антистатические добавки, повышающие электропроводность структуры панелей. Результаты замеров показали, что напряжение статического заряда составило менее 2 кВт.

В 2006 году производители напольных покрытий подписали соглашение о том, что присвоение ламинату 32-го класса будет возможно только после успешного прохождения теста на электропроводность. Поэтому, покупая ламинат 32-го и более высоких классов, потребитель может быть уверен в его антистатических свойствах, согласно требованиям стандарта EN 14041. Данные условия распространяются только на напольные покрытия европейского производства, тогда как китайская продукция проходит сортировку по своим правилам, отличным от общепризнанных. Ламинат купить в Минске мы рекомендуем на сайте mile.by с доставкой по Беларуси. 

Например, все ламинированные напольные покрытия Quick-Step проходят обработку, уменьшающую статический заряд. Благодаря этому, полы притягивают гораздо меньше пыли и снижают влияние статического заряда на потребителя. Отсутствие статического электричества отмечено значком Antistatic. Купить ламинат вы можете на нашем сайте.

Электростатическая Безопасность — Электроники | Cognex

Защита электронных устройств и их деталей от статического электричества

Сопутствующие продукты

DataMan 8050 Series

Equipped with Cognex’s world class barcode reading algorithms and designed to withstand harsh factory floor conditions.

Электростатический разряд (ЭСР) — неожиданно возникающий разряд статического тока, проходящий между двумя объектами, — представляет собой серьезную угрозу для продукции широкого спектра отраслей промышленности, включая электронную, автомобильную, биотехнологическую, фармацевтическую промышленности, в том числе и медицинской продукции и полупроводников, и может привести к значительным убыткам. Воздействие электростатического разряда может стать причиной повреждения электронных устройств, возникновения искр или пожаров в легковоспламеняющихся средах, а также вызвать сбои передачи данных. По данным Ассоциации ESD, занимающейся исследованием проблем статики и обучением персонала, ежегодные финансовые потери только электронной промышленности, связанные с электростатическими разрядами, оцениваются в миллиарды долларов, так как это явление негативно влияет на объемы выпускаемой продукции, ее качество и уровень удовлетворенности клиентов.

Статическое электричество, формально именуемое электростатическим разрядом, чаще всего возникает в условиях контакта и последующего разделения материалов в ходе процесса, известного как трибоэлектризация. Например, при перемещении по ковровым покрытиям в результате контакта ковра и обуви возникает статический заряд, при этом ковер, теряя электроны, становится положительно заряженным, а подошва, приобретая электроны, становится отрицательно заряженной. Когда человек, тело которого наэлектризовано, дотрагивается до металлической дверной ручки, выступающей в качестве проводника, статический заряд разряжается, а человек чувствует легкий удар током.

Величина электрического заряда, возникающего в результате трибоэлектризации, зависит от многих факторов, включая характеристики зоны контакта, свойства материалов, скорость разделения материалов и относительную влажность. Помимо трибоэлектризации, другими менее распространенными причинами возникновения статического электричества являются индукция, ионная бомбардировка и контакт с другим заряженным объектом.

Несмотря на то что статическое электричество измеряется в кулонах, инженерно-технические работники часто сосредотачивают внимание на вычислении значения электростатического потенциала между материалами, который измеряется в вольтах и​зависит от электрических зарядов, их пространственного расположения и расстояния между материалами. Например, если человек идет по ковровому покрытию, то величина статического электричества при относительной влажности воздуха 65–90 % будет равна 1500 В, а если же уровень относительной влажности составляет 10–20 %, то значение статического потенциала будет равно 35 000 В. С другой стороны, элементы электронных устройств, характеризующиеся чувствительностью к электростатическому разряду, например жесткий диск, могут быть повреждены в случае воздействия статического электричества с напряжением 10 В.

Повреждение электронных устройств и их деталей в результате воздействия статического электричества

Повреждения, возникшие вследствие статического электричества, классифицируются как критические или скрытые. Если повреждения являются критическими, электронное устройство полностью не функционирует. Если повреждения являются скрытыми, электронное устройство продолжает функционировать после воздействия статического электричества, однако с течением времени возможно появление неисправностей или даже полный выход из строя.

Чувствительные к электростатическому разряду устройства и детали классифицируются по уровню их уязвимости к повреждению статическим электричеством. Для этого применяются три модели, указанные ниже.

  • Модель человеческого тела (Human Body Model, HBM): передача электростатического заряда от человеческого тела на чувствительное к электростатическому разряду устройство.
  • Механическая модель (Machine Model, MM): передача электростатического заряда от заряженного проводящего объекта, например металлического инструмента или приспособления, на чувствительное к электростатическому разряду устройство.
  • Модель заряженного устройства (Charged-Device Model, CDM): передача электростатического заряда от чувствительного к электростатическому разряду устройства на проводник, которая может произойти, когда статическое электричество накапливается на устройстве, чувствительном к статическому разряду, при обработке или контакте и последующем разделении упаковочных материалов, рабочих или обработанных поверхностей.

Защита от статического электричества

Поскольку чувствительные к электростатическому разряду устройства могут быть повреждены даже в результате незначительного электростатического воздействия, необходимо следить за тем, чтобы подобное не происходило на протяжении всего жизненного цикла продукции — от производства и испытания до отгрузки, обработки и обслуживании на местах. Для защиты чувствительных к электростатическому разряду устройств следует использовать перечисленные далее средства.

  • Безопасные в электростатическом отношении рабочие станции.
  • Антистатические браслеты.
  • Одежда для защиты от статического электричества.
  • Проводящие или рассеивающие энергию напольные материалы и обувь.
  • Антистатические краски.
  • Средства контроля влажности и ионизаторы воздуха.
  • Антистатические пакеты.
  • Инструменты для измерения статического электричества, такие как вольтметры и измерители поля, предназначенные для контроля уровня статического заряда.
  • Считыватели штрихкодов для автоматизированного мониторинга устройств и контроля случаев воздействия статического электричества

Разработки Cognex для защиты от статического электричества

Линейка ручных и стационарных считывателей штрихкодов с защитой от статического электричества серии DataMan производства Cognex является самой обширной в индустрии промышленных считывателей штрихкодов. В целях предотвращения повреждения чувствительных к электростатическому разряду компонентов все детали корпусов выполнены из пластмасс с антистатическими свойствами, а на все оптические элементы нанесено антистатическое покрытие.

Считыватели штрихкодов Cognex с защитой от статического электричества отвечают требованиям электростатической безопасности в соответствии со стандартом IEC 61340-5-1:2016. Действие этого стандарта распространяется на деятельность по производству, обработке, установке, монтажу, упаковке, нанесению этикеток, обслуживанию, испытанию, осмотру и транспортировке, а также иные мероприятия, связанные со взаимодействием с электрическими или электронными деталями, узлами и оборудованием с выдерживаемым напряжением выше или равным 100 В (модель человеческого тела), 200 В (модель заряженного устройства) и 35 В (изолированные проводники).

статический заряд — это… Что такое статический заряд?

статический заряд
electrostatic charge

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

  • статический запас прочности
  • статический инвертор

Смотреть что такое «статический заряд» в других словарях:

  • статический заряд — statinis krūvis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Rimties būsenos elektros krūvis. atitikmenys: angl. static charge vok. statische Ladung, f rus. статический заряд, m pranc. charge statique, f …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • статический заряд — statinis krūvis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. static charge vok. statische Ladung, f rus. статический заряд, m pranc. charge électrostatique, f; charge statique, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Лазерный метод печати — Метод печати, составляющий основу построения изображения в лазерных печатных устройствах. В качестве источника света в подобных устройствах используется лазерный луч. Процесс формирования изображения происходит следующим образом: вначале по всей… …   Глоссарий терминов бытовой и компьютерной техники Samsung

  • Разрушители легенд (2 сезон) — В телесериале MythBusters проверяются городские легенды, слухи и другие порождения популярной культуры. Ниже следует список некоторых мифов, проверенных в шоу, и результаты этих экспериментов. Во втором сезоне телепередачи были проверены… …   Википедия

  • Железные доказательства (2 сезон) — В телесериале MythBusters проверяются городские легенды, слухи и другие порождения популярной культуры. Ниже следует список некоторых мифов, проверенных в шоу, и результаты этих экспериментов. Убедительная просьба всем, вносящим правки в данную… …   Википедия

  • Разрушители мифов (2 сезон) — В телесериале MythBusters проверяются городские легенды, слухи и другие порождения популярной культуры. Ниже следует список некоторых мифов, проверенных в шоу, и результаты этих экспериментов. Убедительная просьба всем, вносящим правки в данную… …   Википедия

  • Разрушители легенд (2-й сезон) — Страна …   Википедия

  • Принтер — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей …   Википедия

  • АЦПУ — Компьютерный принтер (англ. printer печатник) устройство печати цифровой информации на твёрдый носитель, обычно на бумагу. Относится к терминальным устройствам компьютера. Процесс печати называется вывод на печать, а получившийся документ… …   Википедия

  • Картридж чернильный — Компьютерный принтер (англ. printer печатник) устройство печати цифровой информации на твёрдый носитель, обычно на бумагу. Относится к терминальным устройствам компьютера. Процесс печати называется вывод на печать, а получившийся документ… …   Википедия

  • Компьютерный принтер — (англ. printer печатник) устройство печати цифровой информации на твёрдый носитель, обычно на бумагу. Относится к терминальным устройствам компьютера. Процесс печати называется вывод на печать, а получившийся документ распечатка или твёрдая копия …   Википедия

Статическое электричество и электрический ток. В чем разница?

Наиболее существенное различие между статическим электричеством и «обычным» электричеством состоит в том, что в статическом электричестве заряды находятся в состоянии покоя и накапливаются на поверхности изолятора. В то время как при протекании тока электроны движутся внутри проводника. Другие различия между статическим электричеством и электрическим током объяснены ниже в сравнительной таблице.

Статическое электричество используется в различных машинах для борьбы с загрязнением, в машинной покраске, ксерографии и других сферах. Металлические пластины машины для борьбы с загрязнением преобразуют частицы грязи в статический заряд. Статические частицы грязи притягиваются к противоположной зарядной пластине машины для контроля загрязнения. Таким образом, накапливаются в устройстве и потом легко удаляются.

Сравнительная таблица

Основа для сравненияСтатичное электричествоЭлектрический ток
ОпределениеЭлектричество, которое накапливается на поверхности вещества, известно как статическое электричество.Электрический ток возникает из-за направленного движения электронов.
Причины возникновенияВозникает из-за движения отрицательных зарядов от одного объекта к другомуВозникает из-за движения электронов
ВеществоСтатическое электричество возникает как в проводнике, так и в изолятореЭлектрический ток возникает только в проводнике
Магнитное полеНе наводит магнитное полеИндуцирует магнитное поле
Временной периодНе может долго существоватьМожет существовать долгое время
Измерительное устройствоЭлектроскоп с сусальным золотомАналоговый и цифровой измеритель
Примеры«Молнии», возникающие при трении шариков о волосы и других предметовЭлектрический ток используется для работы вентилятора, освещения, телевизора и других электроприборов.

Определение статического электричества

Слово «статичный» означает неподвижный. Электричество, при котором заряды остаются в покое на поверхности вещества, называется статическим электричеством. Статическое электричество возникает при трении предметов друг о друга.

Каждый объект состоит из крошечных частиц, называемых атомами. Атом состоит из ядра и свободных электронов. В ядре равное количество нейтронов и протонов. Электроны атома движутся по своей орбите. Свободные частицы части вещества слабо связаны между собой.

При трении двух объектов электроны со слабой связью «прыгают» с одного объекта на другой. Предметы, теряющие электроны, заряжаются положительно. И объект, который получает электроны, становится отрицательно заряженным. Между статическими объектами возникает потенциал, вызванный статическим электричеством.

Рассмотрим атомы волос и шара. Когда мы натираем шар волосами, между ними переносятся отрицательные заряды. Пусть отрицательный заряд движется от атома волоса и прибавляется к атому шарика. Таким образом, атомы волос становятся заряженными положительно, а атомы шара — отрицательно.

Между волосами и шаром возникает сила притяжения. Положительный и отрицательный заряды создают разность потенциалов между волосами и шаром. Таким образом, между ними возникает статическое электричество.

Определение электрического тока

Электричество, которое является направленным движением электронов, известно как электрический ток. Он развивается только на материале, имеющем свободные электроны. Ток используется для выполнения механических работ, таких как вращение электродвигателей, нагрева элементов (обогреватели), в химической промышленности, для освещения и многого другого. Магнитное поле также создается из-за протекания электрического тока.

AC (переменный ток) и DC (постоянный ток) — это типы электрического тока. При переменном токе заряды текут в обоих направлениях. А в постоянном токе заряды движутся только в одном направлении.

Вещество, состоящее из крошечных частиц, называемых атомом. У атома есть ядро ​​и электроны. Электроны движутся по орбите атома, при этом ядро ​​неподвижно. Вещества бывают двух типов — те, у которых есть слабосвязанные электроны, и те, у которых сильно ограниченные электроны.

Вещество, имеющее слабую связь между электронами и атомом, называется проводником. Когда к проводнику прикладывается внешняя сила (напряжение) электроны получают энергию и начинают перескакивать с одного атома на другой внутри проводника. Это движение электронов генерирует электричество, выделяя при этом тепло..

В неметаллах электроны сильно ограничены. Но в металлах электрон перескакивает с одного атома на другой из-за отталкивающего свойства зарядов. Движение электронов генерирует электрический ток.

Ключевые различия между статическим электричеством и электрическим током

  • Электричество, при котором заряды остаются статическими, называется статическим электричеством. В то время как электрический ток вырабатывается за счет перетекания зарядов.
  • Статическое электричество возникает из-за движения отрицательных зарядов от одного объекта к другому. Ток возникает из-за движения электронов в атомах проводника.
  • Статическое электричество возникает на поверхности изолятора и проводника, тогда как электрический ток возникает только в проводнике.
  • Магнитное поле образуется током, и оно не связано со статическим электричеством.
  • Статическое электричество «уходит» в течение короткого времени (например, разряда наэлектризованного предмета), тогда как электрический ток может существовать в течение длительного времени, до тех пор, пока на противоположных концах проводника будет присутствовать разность потенциалов, создаваемых источниками тока или напряжения (батареями, аккумуляторами и другими).
  • Электроскоп с сусальным золотом измеряет величину статического электричества, в то время как ток измеряют аналоговым или цифровым амперметром.
  • Удары молнии — это примеры статического электричества. Удары молнии происходят из-за того, что на поверхности облаков накапливается заряд. Для промышленных машин, освещения и бытовой техники такое статическое электричество не подходит, так как его пока невозможно “обуздать”. Поэтому для их работы используют обычный электрический ток, вырабатываемый электростанциями.

Вывод

Статическое электричество возникает из-за накопления объектом, или предметом, и “сохранением” зарядов в состоянии покоя. А электрический ток возникает из-за движения отрицательных зарядов.

Как работает статическое электричество?

Ответ

Нарушение баланса между отрицательными и положительными зарядами в объектах.

Две девочки «электрифицированы» во время эксперимента в Центре науки о свободе «Camp-in», 5 февраля 2002 г. «История Америки», Библиотека Конгресса.

Вы когда-нибудь шли через комнату, чтобы погладить свою собаку, но вместо этого получали шок? Возможно, вы сняли шляпу в засушливый зимний день и испытали на себе «волосы дыбом»! Или, может быть, вы прилепили воздушный шарик к стене после того, как потерлись им о свою одежду?

Почему это происходит? Это волшебство? Нет, это не волшебство; это статическое электричество!

Прежде чем понять статическое электричество, нам сначала нужно понять основы атомов и магнетизма.

Молодой человек сидит рядом с машиной для электростатического воздействия Хольца, Колледж Дикинсона, 1889 год. Каталог эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса.

Все физические объекты состоят из атомов. Внутри атома находятся протоны, электроны и нейтроны. Протоны заряжены положительно, электроны заряжены отрицательно, а нейтроны нейтральны.

Следовательно, все состоит из зарядов. Противоположные заряды притягиваются друг к другу (от отрицательного к положительному).Одинаковые заряды отталкиваются друг от друга (от положительного к положительному или от отрицательного к отрицательному). В большинстве случаев положительный и отрицательный заряды уравновешиваются в объекте, что делает его нейтральным.

Статическое электричество является результатом дисбаланса между отрицательными и положительными зарядами в объекте. Эти заряды могут накапливаться на поверхности объекта, пока не найдут способ высвободиться или разрядиться. Один из способов разрядить их — через цепь.

Группа молодых женщин, изучающих статическое электричество в обычной школе, Вашингтон, округ Колумбия.К. Фрэнсис Бенджамин Джонстон, фотограф, около 1899 г. Отдел эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса

При трении определенных материалов друг о друга могут передаваться отрицательные заряды или электроны. Например, если вы потереть обувь о ковер, ваше тело собирает лишние электроны. Электроны цепляются за ваше тело до тех пор, пока их не освободят. Когда вы дотрагиваетесь до своего пушистого друга и касаетесь его, вы испытываете шок. Не волнуйтесь, это только избыточные электроны, которые вы передаете ничего не подозревающему питомцу.

А как насчет того опыта «пробуждения волос»? Когда вы снимаете шляпу, электроны переходят от шляпы к волосам, создавая интересную прическу! Помните, объекты с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга. Поскольку у них одинаковый заряд, у вас волосы встанут дыбом. Ваши волосы просто пытаются уйти друг от друга как можно дальше!

Морской пехотинец использует жезл статического разряда для снятия избыточного статического электричества перед тем, как прикрепить гаубицу M777 к вертолету CH-53E Super Stallion во время комплексной тренировки с перегрузкой в ​​базовом лагере морской пехоты в Пендлтоне, 12 апреля 2017 года.Капрал Фрэнк Кордова, фотограф. Галерея изображений Министерства обороны США

Когда вы трут воздушный шар о свою одежду, и он прилипает к стене, вы добавляете избыток электронов (отрицательные заряды) на поверхность воздушного шара. Стена теперь заряжена более положительно, чем воздушный шар. Когда два соприкоснутся, воздушный шар будет прилипать из-за правила притяжения противоположностей (от положительного к отрицательному).

Дополнительную информацию о статическом электричестве и экспериментах см. В разделах «Интернет-ресурсы» и «Дополнительная литература».

ВМС США выпускают пороховые фляги из латуни для предотвращения случайного воспламенения пороха из-за искр или статического электричества. Поле битвы в Уилсон-Крик, 2010 г. Служба национальных парков США, NP Gallery

Опубликовано: 19 ноября 2019 г. Автор: Справочная секция по науке, Библиотека Конгресса

Static Charge — обзор

17.8 Контроль статического заряда в текстильных волокнах

Контроль статического заряда во время обработки материала часто является важным фактором для широкого спектра продуктов.Даже в тех приложениях, которые основаны на статическом заряде (флокированные волокна, электростатическая окраска, ксерография и т. Д.), Требуется контролируемый знак и уровень заряда для обеспечения контролируемого процесса. В этих приложениях, а также в тех приложениях, где статический заряд должен быть минимизирован, обычно используются обработки поверхности для управления знаком и уровнем заряда, который генерируется во время процесса, и управления ими.

На ранних этапах обработки текстиля, когда волокна были в основном натуральными и гидрофильными, а обработка проводилась на относительно низкой скорости, возникающий статический заряд обычно был незначительной проблемой.По мере того, как обработка волокна и текстиля перемещалась на фабрики и скорость увеличивалась, начали возникать проблемы со статическим зарядом, и они часто были сезонными, увеличиваясь в течение сухого зимнего сезона, когда внутренняя влажность была низкой. В этих случаях решение статических проблем заключалось либо в увлажнении окружающей среды для обеспечения антистатической функциональности за счет поддержания определенного уровня влажности на поверхности волокна, либо в нанесении на волокно раствора гигроскопичной соли слабой кислоты (например, как ацетат натрия), который помогал удерживать влагу на поверхности волокна и обеспечивать уровень проводимости, способствующий рассеиванию статического электричества по мере его возникновения.

В 1950-х годах, когда синтетические волокна стали массовым продуктом, а скорость обработки, связанная с производством волокна и ткани, продолжала расти, спрос на материалы и химические вещества для отделки, которые могли бы снизить и / или контролировать образование статического заряда, неуклонно рос. К 1970-м годам контроль статического электричества при обработке волокна и ткани быстро стал хорошо развитой технологией. В 1990-х и начале 2000-х исследования в этой области продолжались, но в основном они были сосредоточены на улучшении и оптимизации различных классов антистатических материалов и отделок, которые были разработаны в 1950-х и 1960-х годах.

В 1960-х годах появились попытки контролировать статический заряд во время использования продукта. Это было особенно серьезной проблемой, связанной с увеличением использования нейлона в тканях и коврах, а также с белковыми волокнами шерсти и шелка. Именно в это время возник интерес к долговечным антистатическим финишным покрытиям, и начались опытно-конструкторские работы.

17.8.1 Теория статического заряда в волокнах

Генерация статического заряда, по-видимому, происходит с помощью двух различных механизмов:

1.

Контактная зарядка, возникающая в результате соприкосновения двух «разных» поверхностей

2.

Трибозарядка, которая возникает, когда две контактирующие поверхности перемещаются друг напротив друга.

Взаимосвязь между этими двумя процессами никогда не была четко определена. При контактной зарядке заряд генерируется простым поверхностным контактом, но трибозаряд является результатом сочетания контакта и относительного движения поверхностей.Некоторые считают, что действительно существует только контактная зарядка и что трибозарядка — это просто агрессивная форма контактной зарядки. Однако изучение волокон и текстиля в различных формах и текстильных процессов показало, что наблюдаемый уровень заряда значительно увеличивается со скоростью, и нет очевидного объяснения этого явления в контексте контактной зарядки. Кроме того, другие исследования, связанные с генерацией и диссипацией, убедительно свидетельствуют о том, что на трибозарядной поверхности присутствуют различные типы зарядов.

Как правило, технологи волоконно-оптических кабелей не интересуются характером процесса зарядки, а скорее сосредотачиваются на стратегиях контроля и снижения уровня генерируемого статического заряда и облегчения рассеивания заряда, который генерируется во время высокоскоростной обработки. Их цель — поддерживать поверхностный заряд в таком диапазоне, чтобы он не оказывал существенного воздействия на процесс / продукт и не создавал проблем с безопасностью для тех, кто работает в этой зоне. Ранние используемые методы включали повышение влажности в производственной среде.Более поздние технологии включали подходы к нейтрализации заряда, такие как «статические полосы» и гамма-излучение, но наиболее распространенный подход заключается в добавлении материалов и химикатов в отделочные материалы обработки, которые помогают контролировать уровень статического заряда, который накапливается во время обработки. Такие продукты обычно называют «антистатическими отделочными средствами» или «антистатическими отделочными материалами».

17.8.2 Природа антистатических отделочных агентов

Процесс управления статическим зарядом на любой непроводящей поверхности включает два четко дифференцированных процесса:

1.

Контроль степени статического электричества при контакте материала с дифференцированными поверхностями

2.

Контроль поверхностной проводимости таким образом, чтобы генерируемый заряд мог быстро передаваться на землю.

Материалы, которые обычно называют «антистатическими отделочными агентами», представляют собой добавки, которые вводятся в отделочные покрытия для повышения поверхностной проводимости волокна или ткани и действуют, прежде всего, обеспечивая эффективный путь для передачи статического заряда на землю. .Такие материалы являются антистатическими в том смысле, что они обеспечивают механизм снижения за счет кондуктивного рассеяния уровня заряда, который накапливается на поверхности волокна во время определенного процесса или серии процессов. Правильнее было бы назвать такие материалы «агентами рассеивания заряда».

Контроль генерации статического электричества в процессе должен быть приемлемым подходом в том смысле, что если генерируется небольшой статический заряд или он не генерируется совсем, требования к поверхностной проводимости должны быть минимальными.Материалы, которые контролируют статический заряд за счет минимизации процесса генерации, можно с полным основанием назвать «антистатиками». Сложность состоит в том, что часть процесса статической генерации все еще плохо изучена и в большинстве случаев не может быть надежно определена количественно путем прямого тестирования в процессе разработки. Хотя такие подходы были косвенно включены в искусство управления статическим зарядом, они часто не признаются и просто становятся частью общего прагматического технологического репертуара «контроля статического заряда».

Нет никаких сомнений в том, что материалы, нанесенные на поверхность волокон, могут существенно повлиять на их способность генерировать заряд во время обработки. В одном случае крупный производитель волокна попытался заменить антиоксидант в покрытии из промышленных нейлоновых нитей (1% антиоксиданта в отделке, которая была нанесена на волокно в количестве 1%). Они определили новый антиоксидант, который оказался очень эффективным, но также обнаружили, что новая отделка генерирует такой большой статический заряд, что от изменения отделки отказались.Такие явления не совсем понятны, но они указывают на процесс статического образования, который сильно зависит от поверхности и, следовательно, потенциально очень чувствителен к присутствию небольших количеств материалов, которые модифицируют поверхность полимера.

Как отмечалось выше, когда дело доходит до разработки функциональных материалов для управления накоплением статического заряда во время высокоскоростной обработки волокна, основным используемым показателем является поверхностная проводимость обрабатываемого волокна. Преимущество этого показателя заключается в том, что он легко измеряется и действительно обеспечивает «защиту» в том смысле, что он обеспечивает путь для рассеивания заряда, генерируемого во время процесса.Разработчики рецептур обычно придерживаются подхода, согласно которому способ контроля статического электричества в процессе заключается в достижении целевого уровня поверхностной проводимости волокна, а затем, если испытания показывают, что накопление статического электричества все еще является проблемой, общая стратегия состоит в том, чтобы включить его в отделку. материалы, которые дополнительно улучшают поверхностную проводимость. Уменьшение накопления статического заряда за счет управления процессом генерации никогда не считалось жизнеспособным подходом, поскольку его трудно оценить количественно и, как полагают, он зависит от технологических и поверхностных переменных, над которыми разработчик окончательной композиции не имеет большого контроля.Хотя подход управления статической генерацией может косвенно влиять на процесс формулировки, он никогда не считался основным подходом к проблеме.

17.8.3 Создание поверхностной проводимости

Обработка волокон во время процесса экструзии является обязательной для контроля трения, обеспечения сцепления пучков, уменьшения абразивного повреждения и контроля проблем, связанных со статическим зарядом во время процесса экструзии. последующие процессы, такие как вытяжка, текстурирование и скручивание волокон, прядение штапельного волокна (кардочесание, вытяжка и т. д.), ткачество и подготовка к ткачеству, а также процессы вязания. Обработка применяется ко всему спектру синтетических и натуральных волокон и часто дополняется вторичной отделкой по мере того, как волокно проходит через несколько этапов обработки, необходимых для создания конечного продукта на основе волокон.

Как отмечалось ранее, стандартом для защиты от статического электричества является поверхностная проводимость. Процесс создания значительной поверхностной проводимости в непроводящих полимерных системах требует нанесения жидкого продукта (отделочного покрытия), который содержит в качестве одного компонента один или несколько ионных частиц, которые обеспечивают проводимость за счет подвижности ионов в поверхностном слое жидкости.Такие составы обычно содержат неионные поверхностно-активные вещества в сочетании с ионными компонентами, и эти гидрофильные материалы создают гигроскопичную структурированную жидкость, которая увеличивает подвижность ионов, удерживая воду в поверхностном слое жидкости. Способность нанесенного продукта отводить генерируемый статический заряд обычно измеряется путем измерения сопротивления фиксированного образца волокна или ткани, на которые была нанесена обработка. Хотя такие измерения обычно количественно оцениваются в соответствии со стандартами, чтобы устранить различия в зависимости от конфигурации теста и типа волокна / ткани, существуют общие рекомендации, которые связывают сопротивление образца с сопротивлением, необходимым для эффективного рассеивания статического заряда в разумные сроки: 10 12 Ом — умеренное рассеяние статического электричества за короткий промежуток времени

10 10 Ом — эффективное статическое рассеяние за короткий промежуток времени

10 8 Ом — высокоэффективное статическое рассеяние на короткие сроки.

Таким образом, контроль статического электричества определяется способностью материалов, наносимых местно, поддерживать рассеивание генерируемого статического заряда. Существуют методы исследования процесса генерации статического электричества, такие как измерения поля заряда во время испытаний на трение волокна о металл, но фактический процесс генерации сильно зависит от природы и относительной скорости поверхностей, которые контактируют с поверхностью волокна или ткани, поэтому испытания которые точно имитируют динамический процесс генерации, сложно структурировать, если не будет доступна технологическая пилотная линия.Общий подход заключается в разработке отделки, обеспечивающей уровень поверхностной проводимости волокна, отвечающий предполагаемым требованиям конкретного выполняемого процесса на основе волокна. Эффективность чистовой обработки в фактическом контроле заряда, генерируемого процессом, затем отслеживается во время испытаний процесса. Если во время процесса отмечается чрезмерное статическое электричество, продукты изменяются для увеличения проводимости (улучшенные антистатические агенты или увлажнители для удержания дополнительной воды на поверхности волокна), для снижения уровня трения (предположительно связанного с генерацией статического электричества) или для модификации производственная среда (т.е. улучшенным контролем влажности). Только в высокоуровневой работе по составлению финишного покрытия изучается процесс генерации и учитывается потенциальное влияние конкретных компонентов финишного покрытия на процессы динамического статического заряда.

Что такое статическое электричество? | Живая наука

Статическое электричество может быть неприятным или даже опасным. Энергия, заставляющая ваши волосы встать дыбом, также может повредить электронику и вызвать взрывы. Однако при правильном контроле и манипулировании он также может стать огромным благом для современной жизни.

«Электрический заряд — фундаментальное свойство материи», — говорит Майкл Ричмонд, профессор физики в Рочестерском технологическом институте. Почти весь электрический заряд во Вселенной переносится протонами и электронами. Считается, что протоны имеют заряд +1 электронная единица, а электроны имеют заряд -1, хотя эти знаки совершенно произвольны. Поскольку протоны обычно ограничены атомными ядрами, которые, в свою очередь, погружены в атомы, они не могут двигаться так же свободно, как электроны.Поэтому, когда мы говорим об электрическом токе, мы почти всегда имеем в виду поток электронов, а когда мы говорим о статическом электричестве, мы обычно имеем в виду дисбаланс между отрицательными и положительными зарядами в объектах.

Причины накопления статического заряда

Одной из частых причин накопления статического заряда является контакт между твердыми материалами. Согласно Гавайскому университету: «Когда два объекта трутся друг о друга для создания статического электричества, один объект отдает электроны и становится более положительно заряженным, в то время как другой материал собирает электроны и становится более отрицательно заряженным.Это связано с тем, что один материал имеет слабо связанные электроны, а другой имеет много вакансий во внешних электронных оболочках, поэтому электроны могут перемещаться от первого к второму, создавая дисбаланс заряда после разделения материалов. Согласно Северо-Западному университету, материалы, которые могут таким образом терять или приобретать электроны, называются трибоэлектрическими. Один из распространенных примеров этого — шарканье ногами по ковру, особенно при низкой влажности, которая делает воздух менее проводящим и усиливает эффект.

Поскольку одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, они имеют тенденцию перемещаться к концам заряженного объекта, чтобы уйти друг от друга. По данным Библиотеки Конгресса, именно из-за этого волосы становятся дыбом, когда ваше тело получает статический заряд. Когда вы затем касаетесь заземленного металлического предмета, такого как винт на пластине выключателя света, это обеспечивает путь к заземлению для заряда, накопившегося в вашем теле. Этот внезапный разряд создает видимую и слышимую искру в воздухе между вашим пальцем и винтом.Это связано с большой разницей потенциалов между вашим телом и землей, которая может достигать 25000 вольт.

Опасности накопления статического заряда

По данным Управления по охране труда (OSHA), эти внезапные высоковольтные разряды не только вызывают болезненный шок, но и являются источником воспламенения горючих веществ. Статический шок также может повредить хрупкую электронику. По данным НАСА, простая искра от пальца может повредить чувствительные компоненты и сделать их непригодными для использования, поэтому необходимо принять меры предосторожности, такие как хранение печатных плат в проводящих пластиковых пакетах и ​​ношение заземляющих лент для постоянного отвода статического заряда от вашего тела.

Еще одним источником статического заряда является движение жидкости по трубе или шлангу. Если эта жидкость легковоспламеняющаяся, например бензин, искра от внезапного разряда может привести к возгоранию или взрыву. Люди, работающие с жидким топливом, должны проявлять особую осторожность, чтобы избежать накопления заряда и внезапной разрядки. В интервью Дэниел Марш, профессор физики Южного государственного университета штата Миссури, предупредил, что при заливке бензина в машину всегда следует прикасаться к металлической части автомобиля после выхода, чтобы рассеять любой заряд, который мог образоваться при скольжении по поверхности. сиденье.Кроме того, покупая бензин для газонокосилки, вы всегда должны вынимать канистру из машины и ставить ее на землю, заправляя ее. Это непрерывно рассеивает статический заряд и предотвращает его накопление, достаточное для возникновения искры.

Большие резервуарные парки представляют еще большую опасность пожаров и взрывов, поэтому Национальный совет по транспорту и безопасности (NTSB) выпустил руководящие принципы, которые включают минимизацию статического электричества, предотвращение накопления заряда, предотвращение искрового разряда и контроль окружающей среды внутри резервуара.

Движущийся газ и пар также могут генерировать статический заряд. Самый известный случай этого — молния. По словам Мартина А. Умана, автора книги «Все о молнии» (Dover, 1987), Бенджамин Франклин доказал, что молния является формой статического электричества, когда он и его сын запустили воздушный змей во время грозы. Они прикрепили ключ к веревке воздушного змея, и влажная веревка проводила заряд от облака к ключу, который испускал искры, когда он касался его. (Вопреки некоторым версиям легенды, в воздушный змей не попала молния.Если бы это было так, результаты могли бы быть плачевными.)

Франклин фактически сформировал наше представление об электричестве. Он заинтересовался изучением электричества в 1742 году. До этого большинство людей считало, что электрические эффекты являются результатом смешивания двух разных электрических жидкостей. Однако Франклин убедился, что существует только одна электрическая жидкость и что у объектов может быть избыток или недостаток этой жидкости. По данным Университета Аризоны, он изобрел термины «положительный» и «отрицательный», относящиеся к избытку или недостатку.Сегодня мы знаем, что «жидкость» на самом деле была электронами, но их не открывали около 150 лет.

По данным Лаборатории реактивного движения, облака создают зоны статического заряда из-за капель теплой воды в восходящих потоках, обменивающихся электронами с холодными кристаллами льда в нисходящих потоках. По данным НАСА, потенциал между этими атмосферными зарядами и землей может превышать 300000 вольт, поэтому последствия удара молнии могут быть смертельными. При ударе молнии ток имеет тенденцию перемещаться по поверхности тела в процессе, называемом «внешний пробой», который может вызвать серьезные ожоги, особенно в начальной точке контакта.Однако, по данным Национальной метеорологической службы, часть тока может проходить по телу и повреждать нервную систему. Кроме того, сотрясение мозга от взрыва может вызвать внутренние травмы и необратимую потерю слуха, а яркая вспышка может вызвать временное или постоянное нарушение зрения. В качестве примера огромной энергии, высвобождаемой при ударе молнии, Марш рассказал Live Science о своем личном наблюдении за большим дубом, который буквально раскололся пополам паром под высоким давлением, созданным ударом молнии.

Согласно данным Университета Флориды, если вы слышите гром, как правило, вы уже находитесь в пределах досягаемости. Если вы находитесь на улице, когда приближается шторм, вам следует немедленно укрыться в здании или транспортном средстве и не прикасаться к любому металлу. По данным Университета Бригама Янга, если вы не можете попасть внутрь, отойдите от высоких объектов, таких как деревья, башни или вершины холмов, присядьте на корточки и, если возможно, балансируйте на подушечках ног, стараясь как можно меньше соприкасаться с землей.

Применение статического электричества

Хотя статическое электричество может быть неприятным или даже опасным, как в случае статического электричества или статического разряда, в других случаях оно может быть весьма полезным. Например, статические заряды могут быть вызваны электрическим током. Одним из примеров этого является конденсатор, названный так потому, что он способен накапливать электрический заряд, аналогично тому, как пружина накапливает механическую энергию. Напряжение, приложенное к конденсатору, создает разницу зарядов между пластинами.Если конденсатор заряжен и напряжение отключено, он может сохранять заряд в течение некоторого времени. Это может быть полезно, как и в случае с суперконденсаторами, которые могут заменить перезаряжаемые батареи в некоторых приложениях, но это также может быть опасно. Электронное оборудование, такое как старые компьютерные мониторы и телевизоры с ЭЛТ, содержит большие конденсаторы, которые могут сохранять заряд до 25 000 вольт, что может привести к травмам или смерти даже после того, как устройство было выключено в течение нескольких дней.

Другой способ создания полезного статического заряда — механическое напряжение.В пьезоэлектрических материалах электроны можно буквально выдавить с места и заставить их покинуть область, которая находится под напряжением. Затем напряжение из-за возникающего дисбаланса заряда можно использовать для работы. Одним из приложений является сбор энергии, при котором маломощные устройства могут работать на энергии, производимой вибрациями окружающей среды.

Другое приложение — хрустальные микрофоны. Звуковые волны в воздухе могут отклонять диафрагму, соединенную с пьезоэлектрическим элементом, который преобразует звуковые волны в электрический сигнал.В обратном режиме электрический сигнал может заставить пьезоэлектрический преобразователь в громкоговорителе двигаться, воспроизводя, таким образом, звук.

На локальные статические заряды также может влиять интенсивный свет. Это принцип, лежащий в основе копировальных аппаратов и лазерных принтеров. В копировальных аппаратах свет может исходить от проецируемого изображения листа бумаги; в лазерных принтерах изображение наносится на барабан сканирующим лазерным лучом. Весь барабан изначально заряжается проводом коронального разряда, который испускает свободные электроны через воздух, используя тот же принцип, что и St.Элмо огонь. Электроны из проволоки притягиваются к положительно заряженному барабану. Затем изображение проецируется на фотопроводящий барабан, и заряд рассеивается из освещенных областей, в то время как темные области изображения остаются заряженными. Заряженные области на барабане могут затем притягивать противоположно заряженные частицы тонера, которые затем наматываются на бумагу, которая поддерживается положительно заряженным роликом и сплавлена ​​на месте с помощью электрического нагревательного элемента.

Марш отметил, что угольные электростанции используют электростатические фильтры для сбора твердых частиц из дымовых труб, чтобы их можно было утилизировать как твердые отходы, а не выбрасывать в воздух.В другом заявлении он описал, как статический заряд применяется к гербицидам, которые распыляются на сорняки в виде мелкого тумана. Заряженные капли притягиваются к листьям нежелательных растений и равномерно распределяются по ним, а не падают на землю и не тратятся впустую. Тот же принцип используется для окраски электростатическим распылением, поэтому больше краски попадает на цель и меньше в воздухе, а также на стенах и полу покрасочной комнаты.

Дополнительные ресурсы

Статическое электричество | Основные понятия электричества

Столетия назад было обнаружено, что определенные типы материалов загадочным образом притягиваются друг к другу после того, как их натерли друг на друга.Например, если натереть кусок шелка о кусок стекла, шелк и стекло будут иметь тенденцию слипаться. Действительно, сила притяжения могла быть продемонстрирована даже тогда, когда два материала были разделены:

Стекло и шелк — не единственные материалы, которые, как известно, ведут себя подобным образом. Любой, кто когда-либо касался латексного шара только для того, чтобы обнаружить, что он пытается прилипнуть к нему, испытал то же самое явление. Парафин и шерстяная ткань — еще одна пара материалов, которые ранние экспериментаторы признали проявляющими силу притяжения после трения друг о друга:

Это явление стало еще более интересным, когда было обнаружено, что идентичные материалы после протирания их соответствующей тканью всегда отталкивают друг друга:

Также было отмечено, что когда кусок стекла, натертый шелком, подвергается воздействию куска воска, натертого шерстью, два материала будут притягиваться друг к другу:

Кроме того, было обнаружено, что любой материал, демонстрирующий свойства притяжения или отталкивания после трения, может быть отнесен к одной из двух различных категорий: притягиваемый к стеклу и отталкиваемый воском или отталкиваемый стеклом и притягиваемый воском.Было либо одно, либо другое: не было обнаружено материалов, которые могли бы притягиваться или отталкиваться как стеклом, так и воском, или которые реагировали бы на одно, не реагируя на другое.

Больше внимания уделялось кускам ткани, используемой для растирания. Было обнаружено, что после протирания двух кусков стекла двумя кусками шелковой ткани не только кусочки стекла отталкивались друг от друга, но и ткани. То же самое происходило с кусками шерсти, которыми натирали воск:

Это было действительно странно наблюдать.В конце концов, ни один из этих предметов не претерпел видимых изменений в результате трения, но они определенно вели себя иначе, чем до того, как их натерли. Какое бы изменение ни произошло, заставив эти материалы притягиваться или отталкивать друг друга, было незаметно.

Некоторые экспериментаторы предположили, что невидимые «жидкости» переходили от одного объекта к другому в процессе трения и что эти «жидкости» были способны воздействовать на физическую силу на расстоянии. Чарльз Дюфай был одним из первых экспериментаторов, которые продемонстрировали, что существует определенно два разных типа изменений, вызванных трением определенных пар предметов друг о друга.Тот факт, что в этих материалах проявилось более одного типа изменений, был очевиден тем фактом, что были созданы два типа сил: притяжение и отталкивание . Гипотетический перенос жидкости стал известен как заряд .

Один исследователь-новатор, Бенджамин Франклин, пришел к выводу, что между натертыми предметами происходил обмен только одной жидкостью, и что два разных «заряда» были не чем иным, как избытком или недостатком этой жидкости.После экспериментов с воском и шерстью Франклин предположил, что грубая шерсть удаляет часть этой невидимой жидкости из гладкого воска, вызывая избыток жидкости на шерсти и недостаток жидкости на воске. Возникающее в результате несоответствие содержания жидкости между шерстью и воском могло вызвать силу притяжения, поскольку жидкость пыталась восстановить прежний баланс между двумя материалами.

Постулирование существования единой «жидкости», которая была получена или потеряна в результате трения, лучше всего объясняет наблюдаемое поведение: все эти материалы аккуратно попадают в одну из двух категорий при трении и, что наиболее важно, что два активных материала трутся о них. друг друга всегда попадали в противоположные категории , о чем свидетельствует их неизменное влечение друг к другу.Другими словами, никогда не было времени, когда два материала трулись друг о друга , и оба становились либо положительными, либо отрицательными.

После предположения Франклина о том, что шерсть стирает что-то с воска, тип заряда, который был связан с натертым воском, стал известен как «отрицательный» (потому что предполагалось, что он имеет дефицит жидкости), в то время как тип заряда, связанный с натирание шерсти стало называться «положительным» (потому что предполагалось, что в ней будет избыток жидкости).Он и не подозревал, что его невинное предположение в будущем вызовет много путаницы у изучающих электричество!

Точные измерения электрического заряда были выполнены французским физиком Шарлем Кулоном в 1780-х годах с помощью устройства под названием крутильные весы , измеряющего силу, создаваемую между двумя электрически заряженными объектами. Результаты работы Кулона привели к разработке единицы электрического заряда, названной в его честь, кулон .Если бы два «точечных» объекта (гипотетические объекты, не имеющие заметной площади поверхности) были бы одинаково заряжены с точностью до 1 кулон и поместили их на расстоянии 1 метра (примерно 1 ярд) друг от друга, то они генерировали бы силу около 9 миллиардов ньютонов (примерно 2 миллиарда фунтов), либо притягивая, либо отталкивая в зависимости от типа задействованных зарядов. Рабочее определение кулона как единицы электрического заряда (в терминах силы, генерируемой между точечными зарядами) оказалось равным избытку или недостатку примерно в 6 250 000 000 000 000 000 электронов.Или, выражаясь обратным образом, один электрон имеет заряд около 0,00000000000000000016 кулонов. Поскольку один электрон является наименьшим известным носителем электрического заряда, последняя величина заряда электрона определяется как элементарный заряд .

Гораздо позже было обнаружено, что эта «жидкость» на самом деле состоит из очень маленьких кусочков материи, названных электронами , названными так в честь древнегреческого слова, обозначающего янтарь: еще один материал, проявляющий заряженные свойства при трении тканью.

Состав атома

Эксперименты с тех пор показали, что все объекты состоят из чрезвычайно маленьких «строительных блоков», известных как атомов , и что эти атомы, в свою очередь, состоят из более мелких компонентов, известных как частиц . Три основных частицы, составляющие большинство атомов, называются протонами, , нейтронами, и электронами, . Хотя большинство атомов состоит из протонов, нейтронов и электронов, не все атомы имеют нейтроны; Примером является изотоп протия (1h2) водорода (Водород-1), который является самой легкой и наиболее распространенной формой водорода, которая имеет только один протон и один электрон.Атомы слишком малы, чтобы их можно было увидеть, но если бы мы могли взглянуть на один, он мог бы выглядеть примерно так:

Несмотря на то, что каждый атом в куске материала имеет тенденцию держаться вместе как единое целое, на самом деле между электронами и кластером протонов и нейтронов, находящимся посередине, остается много пустого пространства.

Эта грубая модель представляет собой элемент углерода с шестью протонами, шестью нейтронами и шестью электронами. В любом атоме протоны и нейтроны очень прочно связаны друг с другом, что является важным качеством.Плотно связанный сгусток протонов и нейтронов в центре атома называется ядром , и количество протонов в ядре атома определяет его элементарную идентичность: измените количество протонов в ядре атома, и вы измените тип атома, который он есть. Фактически, если вы удалите три протона из ядра атома свинца, вы осуществите мечту старых алхимиков о создании атома золота! Тесное связывание протонов в ядре отвечает за стабильную идентичность химических элементов и неспособность алхимиков осуществить свою мечту.

Нейтроны гораздо меньше влияют на химический характер и идентичность атома, чем протоны, хотя их так же трудно добавить в ядро ​​или удалить из него, поскольку они так прочно связаны. Если нейтроны добавляются или приобретаются, атом все равно сохранит ту же химическую идентичность, но его масса немного изменится, и он может приобрести странные ядерные свойства , такие как радиоактивность.

Однако электроны обладают значительно большей свободой передвижения в атоме, чем протоны или нейтроны.Фактически, они могут быть выбиты из своего положения (даже полностью покинув атом!) С гораздо меньшей энергией, чем та, которая требуется для смещения частиц в ядре. Если это произойдет, атом по-прежнему сохраняет свою химическую идентичность, но возникает важный дисбаланс. Электроны и протоны уникальны тем, что они притягиваются друг к другу на расстоянии. Именно это притяжение на расстоянии вызывает притяжение между натертыми объектами, когда электроны удаляются от своих первоначальных атомов и находятся вокруг атомов другого объекта.

Электроны имеют тенденцию отталкивать другие электроны на расстоянии, как и протоны с другими протонами. Единственная причина, по которой протоны связываются вместе в ядре атома, — это гораздо более сильная сила, называемая сильной ядерной силой , , которая действует только на очень коротких расстояниях. Считается, что из-за такого поведения притяжения / отталкивания между отдельными частицами электроны и протоны имеют противоположные электрические заряды. То есть каждый электрон имеет отрицательный заряд, а каждый протон — положительный.В равных количествах внутри атома они противодействуют присутствию друг друга, так что общий заряд внутри атома равен нулю. Вот почему в изображении атома углерода шесть электронов: чтобы уравновесить электрический заряд шести протонов в ядре. Если электроны уйдут или появятся дополнительные электроны, общий электрический заряд атома будет разбалансирован, в результате чего атом останется «заряженным» в целом, заставив его взаимодействовать с заряженными частицами и другими заряженными атомами поблизости. Нейтроны не притягиваются и не отталкиваются электронами, протонами или даже другими нейтронами и, следовательно, классифицируются как не имеющие никакого заряда.

Процесс прибытия или ухода электронов — это именно то, что происходит при трении определенных комбинаций материалов друг с другом: электроны от атомов одного материала вынуждаются трением покинуть свои соответствующие атомы и переходить к атомам другого материала. Другими словами, электроны составляют «жидкость», выдвинутую Бенджамином Франклином.

Что такое статическое электричество?

Результат дисбаланса этой «жидкости» (электронов) между объектами называется статическим электричеством .Это называется «статическим», потому что смещенные электроны имеют тенденцию оставаться неподвижными после перемещения из одного изоляционного материала в другой. В случае воска и шерсти путем дальнейших экспериментов было установлено, что электроны в шерсти фактически передаются атомам воска, что прямо противоположно гипотезе Франклина! В честь того, что Франклин назвал заряд воска «отрицательным», а заряд шерсти «положительным», электроны, как говорят, обладают «отрицательным» зарядным влиянием.Таким образом, объект, атомы которого получили избыток электронов, считается заряженным на отрицательно на , в то время как объект, атомы которого не имеют электронов, считается заряженным на положительно на , как бы сбивает с толку эти обозначения. К тому времени, когда была открыта истинная природа электрической «жидкости», номенклатура электрического заряда Франклина была слишком хорошо установлена, чтобы ее можно было легко изменить, и так остается по сей день.

Майкл Фарадей доказал (1832 г.), что статическое электричество такое же, как и у батареи или генератора.Статическое электричество по большей части доставляет неудобства. В черный порох и бездымный порох добавлен графит для предотвращения возгорания из-за статического электричества. Это вызывает повреждение чувствительной полупроводниковой схемы. Хотя можно производить двигатели с питанием от статического электричества высокого напряжения и низкого тока, это неэкономично. Немногочисленные практические применения статического электричества включают ксерографическую печать, электростатический воздушный фильтр и высоковольтный генератор Ван де Граафа.

ОБЗОР:

  • Все материалы состоят из крошечных «строительных блоков», известных как атомов .
  • Все встречающиеся в природе атомы содержат частицы, называемые электронами, , протонами, и нейтронами, , за исключением изотопа протия ( 1 H 1 ) водорода.
  • Электроны имеют отрицательный (-) электрический заряд.
  • Протоны имеют положительный (+) электрический заряд.
  • Нейтроны не имеют электрического заряда.
  • Электроны могут быть вытеснены из атомов намного легче, чем протоны или нейтроны.
  • Количество протонов в ядре атома определяет его идентичность как уникального элемента.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Произошла ошибка при установке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Секрет статического электричества? Это шокирует | Наука

Потрите голову воздушным шариком, и волосы встанут дыбом. Почти все это сделали или, по крайней мере, видели. Но даже несмотря на то, что статическое электричество впервые было обнаружено древними греками, ученые до сих пор не знают, почему при трении определенных материалов друг с другом возникает электрический заряд.Теперь у них может быть ответ.

В отличие от электрического тока, протекающего по линии электропередачи, статическое электричество остается. Это связано с тем, что этот тип электричества (также известный как трибоэлектричество) обычно накапливается в материалах, которые не очень хорошо проводят заряд, таких как резина или пластик, что приводит к его застреванию. Эти изоляторы накапливают статический заряд при трении друг о друга.

В новом исследовании, исследователи изучали другое электрическое явление, называемое флексоэлектричеством, и задавались вопросом, может ли оно объяснить, как трение генерирует статическое электричество.Флексоэлектрический эффект — это спонтанное возникновение электрических полей во время непрерывного, но непостоянного изгиба или изгиба в наномасштабе, как если бы вы случайно провели пальцем по зубьям пластиковой расчески.

В таком крошечном масштабе даже гладкие объекты изобилуют выступающими частями и бобами. Команда обнаружила, что, когда два объекта трутся друг о друга, эти крошечные выступы изгибаются, и из-за флексоэлектрического эффекта это вызывает накопление статического электричества, о чем они сообщают сегодня в журнале Physical Review Letters .Новое объяснение также поясняет, почему изоляторы из одного и того же материала все еще генерируют напряжение при трении друг о друга. Это сбило с толку ученых, которые думали, что накопление статического заряда может быть связано с внутренними различиями между двумя материалами, натертыми друг на друга.

Пластмассы особенно хорошо генерируют статическое электричество, как показывают результаты. Это новое понимание может помочь инженерам оптимизировать материалы для производства большего количества статического электричества и использовать его для таких вещей, как зарядка носимых устройств.Полученные данные также могут помочь повысить безопасность в таких местах, как нефтеперерабатывающие заводы, где даже искра может вызвать катастрофический взрыв.

Остерегайтесь статического электричества, генерируемого текущими жидкостями: SHIMADZU (Shimadzu Corporation)

Статическое электричество возникает в сезон, когда воздух сухой. Звук потрескивания, который возникает при снятии свитера, вызван статическим электричеством, возникающим при трении между материалами одежды. Точно так же легкое болевое ощущение, возникающее при прикосновении к дверной ручке после прогулки по ковру, происходит из-за статического электричества, которое накапливается в теле в результате трения ковра и разряжается через небольшой промежуток между дверной ручкой и вашей рукой.
Подобные опыты со статическим электричеством могут быть относительно обычным явлением, поэтому мы часто не обращаем на них особого внимания в нашей повседневной жизни.

Однако статическое электричество может стать большой проблемой для электронных компонентов. При напряжении в несколько киловольт наши тела испытывают лишь легкое болевое ощущение (при очень слабом уровне тока), но некоторые электронные компоненты могут быть повреждены всего лишь 0,1 кВ.
Меры противодействия статическому электричеству включены в сами аналитические приборы, но большее количество статического электричества может привести к их неисправности.

Кроме того, некоторые лабораторные приборы, такие как системы ВЭЖХ (высокоэффективный жидкостной хроматограф), в которых используются легковоспламеняющиеся органические растворители, требуют особой осторожности из-за риска возгорания.
Кроме того, поскольку сложно понять механизм возникновения аварий, связанных со статическим электричеством, и поскольку некоторые аспекты, которые приводят к авариям со статическим электричеством, возникают только при совпадении нескольких факторов, осторожность часто игнорируется. Тем не менее, особая осторожность требуется особенно при использовании больших количеств растворителя, потому что, если все же произойдет авария, это может нанести большой ущерб.

На этой странице конкретно описываются стоки ВЭЖХ, перетекающие в контейнеры с жидкими отходами, но опасность также распространяется на ситуации, не связанные с ВЭЖХ, когда растворитель с низкой проводимостью перетекает в контейнер с низкой проводимостью.

• Возможность аварий из-за статического электричества, генерируемого текущей жидкостью

Статическое электричество, генерируемое рядом с выходом ВЭЖХ в контейнер для жидких отходов, может потенциально вызвать аварию. Процесс описан ниже.

1.Генерация статического электричества
Когда жидкость проходит через тонкую трубку с высокой скоростью потока, как в системах ВЭЖХ, электростатический заряд текущего вещества генерирует статическое электричество (электризация потока). (Уровень заряда выше для плохо проводящих растворителей, протекающих через пластиковые трубки. Кроме того, большое количество пузырьков воздуха, протекающих по трубке, может усилить статическое электричество.

A: Заряд, который движется вместе с потоком жидкости
B: Заряд, который есть закреплен на твердой поверхности и не может двигаться

Генерация статического электричества жидкостью, текущей по твердому телу

2.Накопление статического электрического заряда
Если электростатически заряженная жидкость накапливается в электрически изолированном контейнере, величина заряда постепенно увеличивается до точки, при которой она может легко генерировать высокое напряжение, порядка нескольких кВ.

3. Высвобождение энергии посредством электрического разряда
Если электрический проводник проходит на определенном расстоянии от контейнера, возникает электрический разряд, который высвобождает тепловую энергию.

4.Возгорание легковоспламеняющихся веществ
Если в окружающей атмосфере имеется достаточная концентрация горючего газа, газ легче воспламеняется.

На рисунке 2 показаны возможные аварийные ситуации.

Ситуации с опасностью поражения статическим электричеством

Воздухозаборник увеличивает статическое электричество

• Предотвращение статического электричества

Для предотвращения несчастных случаев, связанных со статическим электричеством, меры должны быть сосредоточены на предотвращении образования и накопления статического электричества.Кроме того, для дальнейшего предотвращения несчастных случаев важно одновременно принимать несколько профилактических мер. В частности, следует принять следующие меры при использовании большого количества легковоспламеняющихся растворителей.

Действие 1
Используйте металлический контейнер для жидких отходов (с проводящей внутренней поверхностью, такой как металлическая банка с покрытием) и заземлите контейнер.
Контейнеры для жидких отходов, отшлифованные надлежащим образом. Нет смысла использовать металлический контейнер, если он не заземлен или провод заземления отсоединился.(P / N 228-21353-91 также может использоваться в качестве заземляющего провода.) Это гарантирует, что статический заряд не накапливается в отработанной жидкости или контейнере.
Даже некоторые металлические контейнеры имеют поверхности с оксидным покрытием или ламинат и, следовательно, могут быть непроводящими. С помощью электрического тестера убедитесь, что емкость заземлена. Если в контейнер для отходов сливается только жидкость с очень низкой проводимостью (10-10 См / м или меньше), можно добавить в контейнер безопасную проводящую жидкость.

Реализована конфигурация с мерами по предотвращению статического электричества

Мероприятие 2
Чтобы искры не попали в контейнер для отходов, старайтесь, чтобы все зазоры на впускных и выпускных отверстиях были как можно меньше.
(Чтобы минимизировать такие зазоры, крышки по каталогу 228-21354-91 также можно использовать для банок на 18 и 4 л.)

Мера 3
Держите электростатически заряженные предметы, в том числе тела людей, подальше от контейнера для отходов .
Чтобы предотвратить накопление заряда на теле, наденьте антистатическую одежду или обувь, заземлите тело с помощью антистатического браслета (с резистором 1 МОм для защиты тела) или обеспечьте токопроводящие поверхности пола в рабочих зонах, например с антистатическими ковриками.Если вы не приняли никаких антистатических мер, прикоснитесь к заземленному металлическому предмету, прежде чем приближаться к контейнеру для отходов, чтобы заземлить любой электростатический заряд, исходящий от вашего тела.

Размер 4
Используйте трубки с большим внутренним диаметром (например, не менее 2 мм) для дренажных линий, по которым протекает большое количество жидкости.
Пузырьки воздуха в жидкости могут увеличивать электростатический заряд в несколько десятков раз. Проверьте соединения трубок на предмет утечки воздуха.

Мероприятие 5
Если контейнер для жидких отходов нельзя сделать токопроводящим, убедитесь, что конец сливной трубки остается ниже поверхности жидкости в контейнере для отходов.Или поместите заземленный металл в жидкость.
Однако этот метод в основном неэффективен для жидкостей с низкой проводимостью (10-10 См / м или меньше).

Действие 6
Используйте контейнер для жидких отходов минимального размера, чтобы минимизировать ущерб в случае пожара.

Действие 7
Повышение уровня влажности (например, выше 65%) может иметь антистатический эффект. Поэтому не допускайте пересыхания помещения.

Аварии, связанные со статическим электричеством, можно предотвратить, соблюдая указанные выше меры.Эти меры могут показаться ненужными, но также важна подготовка к таким возможностям.
Как производитель систем ВЭЖХ, мы надеемся поставлять простые в использовании периферийные устройства, которые также тщательно разработаны с точки зрения безопасности.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *