Что такое статическое электричество. Как образуются статические заряды. Где встречается статическое электричество в быту и на производстве. Какие опасности оно представляет. Как защититься от статического электричества.
Что такое статическое электричество и как оно образуется
Статическое электричество — это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков и изолированных проводников. Оно образуется в результате нарушения равновесного состояния электронов в атомах вещества.
Основные причины возникновения статического электричества:
- Трение двух поверхностей друг о друга
- Контакт и последующее разделение двух материалов
- Деформация твердых тел
- Разбрызгивание жидкостей
- Резкие температурные перепады
- Воздействие сильных электрических полей
При этом на поверхности материалов накапливаются разноименные электрические заряды, создающие электростатическое поле. Такие заряды стремятся к нейтрализации при первой возможности.
Где встречается статическое электричество в повседневной жизни
С проявлениями статического электричества мы сталкиваемся постоянно в быту:
- Электрический треск при снятии синтетической одежды
- Прилипание мелких частиц к пластиковым поверхностям
- «Удар током» при касании металлических предметов
- Притягивание волос к расческе
- Искры при расчесывании сухих волос
- Прилипание целлофановых пакетов друг к другу
На производстве статическое электричество возникает при:
- Транспортировке нефтепродуктов по трубопроводам
- Движении приводных ремней
- Пересыпании порошкообразных материалов
- Протекании жидкостей через фильтры
- Работе с полимерными материалами
Опасности, связанные со статическим электричеством
Накопление статических зарядов может представлять серьезную опасность:
- Искровые разряды способны воспламенить горючие газо-, паро- и пылевоздушные смеси
- Электрические разряды вызывают помехи в работе электронного оборудования
- Электризация материалов приводит к налипанию пыли и нарушению технологических процессов
- Постоянное воздействие электростатических полей негативно влияет на нервную систему человека
По статистике, около 50-60% взрывов на пожароопасных производствах происходит из-за искровых разрядов статического электричества.
Влияние статического электричества на организм человека
Непосредственное воздействие статических разрядов на человека обычно не представляет серьезной опасности. Однако длительное нахождение в зоне действия электростатического поля может вызывать:
- Повышенную утомляемость
- Раздражительность
- Головные боли
- Снижение иммунитета
Кроме того, неожиданный разряд может спровоцировать резкое движение и травму при работе с оборудованием. Поэтому важно контролировать уровень статического электричества на рабочих местах.
Нормирование статического электричества на производстве
Допустимые уровни напряженности электростатического поля на рабочих местах регламентируются ГОСТ 12.1.045-84. Предельно допустимый уровень напряженности поля (ЕПД) зависит от времени воздействия:
- При воздействии до 1 часа — не более 60 кВ/м
- При воздействии от 1 до 9 часов — рассчитывается по формуле
- При напряженности менее 20 кВ/м время не ограничивается
Если ЕПД превышает 20 кВ/м, необходимо применять средства защиты. Контроль напряженности электростатического поля производится специальными приборами — измерителями напряженности.
Способы защиты от статического электричества
Для снижения опасности, связанной со статическим электричеством, применяются следующие методы:
Заземление оборудования
Это наиболее простой и эффективный способ. Все металлические части оборудования соединяются с заземляющим контуром, что обеспечивает отвод зарядов в землю.
Увеличение влажности воздуха
При относительной влажности выше 65-70% интенсивность накопления зарядов значительно снижается. Для этого применяют увлажнители воздуха.
Ионизация воздуха
Искусственное насыщение воздуха ионами повышает его электропроводность и способствует нейтрализации зарядов. Используются специальные ионизаторы.
Антистатические материалы
Применение материалов с повышенной электропроводностью — антистатических покрытий, добавок, пропиток. Они не позволяют накапливаться зарядам.
Нейтрализаторы
Специальные устройства для снятия зарядов с движущихся материалов и изделий. Бывают индукционные, высоковольтные, радиоизотопные.
Средства индивидуальной защиты
Антистатическая спецодежда и обувь, заземляющие браслеты для персонала. Они предотвращают накопление зарядов на теле человека.
Применение статического электричества
Несмотря на негативные эффекты, статическое электричество нашло применение в некоторых технологиях:
- Электростатическая очистка газов от примесей
- Нанесение лакокрасочных покрытий в электростатическом поле
- Электростатическая сепарация материалов
- Копировальные аппараты и лазерные принтеры
- Получение высоких напряжений (генераторы Ван де Граафа)
Однако в большинстве случаев статическое электричество рассматривается как нежелательное явление, требующее контроля и защиты.
Заключение
Статическое электричество — распространенное физическое явление, с которым мы сталкиваемся ежедневно. В быту оно обычно не представляет серьезной опасности, но на производстве может приводить к серьезным авариям. Поэтому важно понимать природу статического электричества, контролировать его уровень и применять необходимые меры защиты. Это позволит избежать негативных последствий и обеспечить безопасность людей и оборудования.
СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО | Мир дошколят
Материал принят к публикации в печатном сборнике практико-ориентированных материалов « Дошкольное и начальное образование – современные методики и технологии обучения и воспитания – НОЯБРЬ 2020 г.
Смецкая Ольга Алексеевна,
Осадченко Лидия Ивановна,
Клевцова Наталья Ивановна
воспитатели
МАДОУ «Детский сад
комбинированного вида № 9»
Рекламное сообщение
г. Шебекино Белгородской области
СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
конспект образовательной деятельности в подготовительной группе
Цель:
- Создание условий для непосредственного усвоения детьми комплекса знаний, умений и навыков при проведении исследовательской деятельности;
- Способствовать расширению и систематизации знаний о физических явлениях;
- Познакомить детей со статическим электричеством, его свойствами, причинами возникновения.
Задачи:
- развивать интеллектуально-творческий потенциал личности каждого ребенка путем совершенствования навыков исследовательской деятельности и развития исследовательских способностей;
- содействовать развитию творческой исследовательской активности детей, подводить к осознанию причинно-следственных связей;
- обобщать знания об электричестве;
- познакомить детей с причиной возникновения и проявления статического электричества;
- расширять и углублять знания и представления детей об окружающем мире, формировать представления о свойствах электричества.
- развивать мыслительные операции, умение выдвигать гипотезы, делать выводы, активизировать словарь дошкольников, использовать в практике – общения элементов описательных монологов и объяснительной речи.
- заинтересовать детей практической деятельностью, способствовать воспитанию самостоятельности и развитию коммуникативных навыков общения.
Предварительная работа:
Наблюдения; беседы со взрослыми, обсуждение с детьми; просмотр телепередач; изучение литературы, информации из Интернета; эксперименты.
Ход занятия.
Организационный момент.
(дети под музыкальное сопровождение становятся кругом, берутся за руки)
Минутка вхождения в день:
Придумано кем-то просто и мудро
При встрече здороваться, доброе утро!
Доброе утро солнцу и птицам!
Доброе утро улыбчивым лицам!
И каждый становится добрым, доверчивым,
Пусть доброе утро длится до вечера!
(дети садятся за столы)
Мотивационно-ориентировочный этап.
Восп. Дети, сегодня мы собрались в научной лаборатории на очередное заседание ученого совета, на котором подведем итог нашей проектно-исследовательской деятельности на тему: «Статическое электричество. Что это?».
Почему нас заинтересовала эта тема?
Реб. Я заметила, когда гладишь кошку, ее шерсть поднимается за рукой.
Реб. А я, снимая шапку, увидела, как мои волосы поднимаются вверх.
Реб. Когда я снимаю свитер, он трещит и колется.
Восп. И вы стали спрашивать у меня, почему это происходит? Я ответила, что это – статическое электричество.
Реб. Но электричество идет по проводам, а на нас же нет проводов? Так откуда же появляется это невидимое электричество?
Поисковый этап.
Восп. И я предложила изучить это незнакомое для вас явление.
С помощью экспериментов вы научились получать статическое электричество, познакомились с его свойствами и даже «поиграли» с ним.
И сейчас мы еще раз вспомним этапы нашей работы.
Реб. В начале, мы выдвинули гипотезу – предположили, что статическое электричество невидимое, «живёт» почти в каждом предмете и возникает в результате трения предметов друг о друга.
(ребенок подходит к экрану)
Реб. Дома с родителями мы смотрели детские телепередачи: «Профессор Почемучкин», «Забавная наука», мультфильмы «Фиксики», читали энциклопедии «Хочу все знать» и «Юный физик».
(показ видео и слайда)
Оказывается, слово «электричество» происходит от слова «электрон», которым древние греки называли янтарь. С тех пор учёные пытались открыть тайны этой загадочной силы. И только спустя много лет люди научились использовать электричество. Оно вошло в нашу жизнь. Электротехника, электроника, электроэнергия.
Реб. Мы узнали, почему предметы электризуются и что заставляет их тянуться друг к другу.
(слайд 1)
Оказывается, статическое электричество легко получить, если потереть предметы друг о друга. В электричестве и во всех предметах есть заряды – положительные и отрицательные. И при трении предметов друг о друга их заряды передвигаются – притягиваются. Вывод: в результате трения предметов электрические заряды притягиваются – электризуются.
Практический этап.
Восп. Хорошо, спасибо, так что же в результате трения предметов происходит с зарядами? (притягиваются-электризуются).
Реб. Эксперимент – «Дрессированное конфетти».
В этом эксперименте мы узнали, что с помощью статического электричества можно управлять предметами из бумаги. Мы приготовили из бумаги цветные конфетти. Теперь нужно взять расческу, причесать волосы и поднести ее к конфетти. Конфетти стали подпрыгивать, как дрессированные.
Восп. Молодец, у тебя получилось показать всем настоящий фокус «Дрессированное конфетти».
Восп. Молодцы, ребята, продолжим наши эксперименты.
Реб. Я покажу эксперимент «Кораблик».
Бумажный кораблик опустим в таз с водой. Воздушный шарик потрем о волосы и поднесем к кораблику. Статическое электричество двигает бумажный кораблик! Он плавает по воде за шариком самостоятельно.
Можно сделать вывод: с помощью статического электричества можно управлять предметами из бумаги, находящимися в воде.
Восп.
Очень интересный эксперимент, молодец.
Восп. В следующем эксперименте мы использовали овсяные хлопья.
Реб. Эксперимент «Танцующие хлопья».
Мы доказали действие статического электричества и на овсяные хлопья. Хлопья положу на салфетку, потру шарик о шерстяной шарф и поднесу к ним. Овсяные хлопья тоже притягиваются к шарику.
Вывод: в этом эксперименте нам удалось заставить «танцевать» овсяные хлопья с помощью статического электричества.
Восп. Молодец, очень интересно и познавательно.
Физкультминутка
(под музыкальное сопровождение).
Восп. Дети, некоторые опыты вы проводили дома с родителями. Давайте посмотрим, возникает ли статическое электричество на поверхностях воды?
(Слайд 2)
Реб. Эксперимент «Гибкая вода». Нам стало интересно, сможет ли статическое электричество воздействовать на воду? Этот эксперимент мы проводили дома с родителями.
Воздушный шарик я потерла о шерстяную ткань и поднесла к тонкой струйке воды. Струя воды отклонилась в сторону шарика.
Мы выяснили, что статическое электричество возникает и на поверхности жидких материалов.
Восп. Хорошо, ребята, что вы узнали из эксперимента? (что статическое электричество возникает и на поверхности воды).
Восп. А где еще встречается статическое электричество?
(Слайд 3)
Реб. По телевизору я смотрела передачу «Галилео» и узнала, что статическое электричество часто встречается в природе.
Когда летит самолет, он трется о воздух и электризуется. После посадки к самолету не сразу подают трап, потому что может возникнуть пожар. Сначала самолет разряжают.
А когда машины едут, то шины трутся о дорогу и тоже электризуются, поэтому сзади машин подвешивают металлические цепи, чтобы заряд уходил в землю.
Молния – это тоже статическое электричество.
Чтобы молния была не опасна, люди придумали громоотвод.
Восп. Спасибо, очень интересная информация.
Ребята, мы доказали, что статическое электричество, окружающее нас в быту не опасно для нашей жизни, но разряд молнии очень опасен, так как он несет с собой огромный заряд электричества, который может убить человека, сжечь дом или дерево, вывести из строя электроприборы.
И провести опыт с мини-молнией нам помогут наши коллеги из фиксилаборатории, они связались с нами по видеосвязи.
(показ видеоролика 1)
(видеоролик объясняет и доказывает опасность молнии для жизни человека, этот опыт дети повторяют самостоятельно)
Восп. Для проведения эксперимента возьмите деревянную досточку, положите на неё фигурку человечка, вырезанную из кальки.
Затем натрите файл о волосы, и поднесите к фигурке человечка, она с помощью статического электричества должна притянуться к файлу.
Мы доказали, что статическое электричество в силе молнии опасно для человека. Но мы уже знаем, что люди придумали громоотводы, в которые попадает молния.
Внимание на экран, наши коллеги Фиксики покажут нам значение громоотводов.
(показ видеоролика 2)
(видеоролик доказывает значение установки громоотвода для безопасности людей)
Восп. Положите опять на досточку фигурку человечка, возьмите проволоку и вставьте её в досточку, она будет громоотводом. Потрите о волосы файл, поднесите его к фигурке человечка.
Какие изменения вы заметили? (фигурка человечка не притягивается к файлу).
Что же доказал наш опыт? (разряд молнии притянулся к громоотводу, а не к фигурке человечка).
Давайте скажем спасибо нашим друзьям Фиксикам и попрощаемся с ними. (видеоролик)
Рефлексивно-оценочный этап.
Восп. Ребята, мы с вами проделали большую работу, вы провели много интересных экспериментов, узнали, что такое статическое электричество, познакомились с его свойствами и причинами возникновения.
Так удалось ли подтвердить нашу гипотезу?
Реб. Да, в ходе экспериментирования наша гипотеза подтвердилась: статическое электричество невидимое, неопасное, «живёт» почти в каждом предмете. Оно возникает в результате трения предметов друг о друга.
Восп: Ребята, вам понравилось быть исследователями и работать в научной лаборатории?
А проводить эксперименты?
А какой эксперимент тебе понравился? …
Тебе, …?
В результате чего появляется статическое электричество?
Какие свойства статического электричества вы узнали?
Последующая работа:
В дальнейшем мы с вами начнем знакомиться с другими видами электричества, его значением для нашей жизни.
А за то, что вы сегодня очень хорошо потрудились, я вам подарю по воздушному шарику, экспериментируйте в свободное время!
Статическое электричество это кратко — Topsamoe.ru
Статическое электричество — см.
Электричество статическое … Российская энциклопедия по охране труда
СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, некоторое количество ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ в состоянии покоя, а не движения, как в случае с ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ. Как правило, незаряженные АТОМЫ обладают одинаковым количеством положительных и отрицательных ЭЛЕКТРОНОВ.… … Научно-технический энциклопедический словарь
статическое электричество — 3.1 статическое электричество: Совокупность явлений, связанных с разделением положительных и отрицательных электрических зарядов, сохранением и релаксацией свободного электростатического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
статическое электричество — rus статическое электричество (с) eng static electricity fra électricité (f) statique deu statische Elektrizität (f) spa electric >Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки
статическое электричество — statinė elektra statusas T sritis fizika atitikmenys: angl.
static electricity vok. statische Elektrizität, f rus. статическое электричество, n pranc. électricité statique, f … Fizikos terminų žodynas
Электричество статическое — Статическое электричество: совокупность явлений, связанных с разделением положительных и отрицательных электрических зарядов, сохранением и релаксацией свободного электростатического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на… … Официальная терминология
Электричество — (Electricity) Понятие электричество, получение и применение электричества Информация о понятии электричество, получение и применение электричества Содержание — это понятие, выражающее свойства и явления, обусловленные структурой физических… … Энциклопедия инвестора
электричество — сущ., с., употр. сравн. часто Морфология: (нет) чего? электричества, чему? электричеству, (вижу) что? электричество, чем? электричеством, о чём? об электричестве 1. Электричеством называют вид энергии, которую люди используют для приведения в… … Толковый словарь Дмитриева
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — (от греч.
elektron янтарь, так как янтарь притягивает легкие тела). Особенное свойство некоторых тел, проявляющееся только при известных условиях, напр. при трении, теплоте, или химических реакциях, и обнаруживающееся притягиванием более легких… … Словарь иностранных слов русского языка
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО СТАТИЧЕСКОЕ — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности (или в объеме) диэлектриков или на изолированных проводниках. Заряды статического электричества (СЭ) образуются при самых… … Российская энциклопедия по охране труда
Люди постоянно сталкиваются со статическим электричеством, точнее с его проявлениями (в своей квартире, в автомобиле, на производстве и т.д.). Однако не многие из нас всерьез задумывались о природе его возникновения, физических свойствах, характеристиках, средствах защиты от статического электричества. Настоящая статья посвящена поиску ответов на перечисленные вопросы.
Что такое статическое электричество
Для молекулы или атома любого вещества нормальным является равновесное состояние, т.
е. число положительных (протонов) и отрицательных (электронов) частиц в атоме одинаково. Но электроны вещества могут легко (у разных материалов по разному) перемещаться от одного атома к другому, тем самым формируя положительный (недостающий электрон) или отрицательный (избыточные электрон) заряд атома. Именно такой дисбаланс в атомах и молекулах формирует статическое электрополе. Такие поля нестабильны и при первой же возможности разряжаются.
ГОСТ 17.1.018-79 “Статическое электричество. Искробезопастность» трактует термин «статическое электричество» как способность свободных электрических зарядов возникать, сохраняться и релаксировать в объеме и на поверхности полупроводников и диэлектриков.
Обязательным «спутником» статического поля является сухой воздух. При влажности выше 80% такие поля практически никогда не формируют т.к. вода является отличным проводником и не позволяет избыточному электричеству накапливаться на поверхности материалов.
Источники возникновения статического поля и причины его генерирования
Все мы помним со школьного курса физики опыт с эбонитовым стержнем, или пластмассовой расческой и куском шерстяной ткани.
После натирания стержня тканью он был способен притягивать к себе мелко нарезанные кусочки бумаги.
Опыт с эбонитовым стержнем
Трение двух поверхностей является самым распространенным источников возникновения статического поля. Необязательно тереть два материала друг о друга. Статическое поле может возникнуть при одиночном контакте, к примеру, в случае наматывания/разматывания тканевой ленты.
Также источниками генерирования статического поля могут служить:
- Резкие температурные перепады;
- Высокий уровень радиации.
Статическое поле может быть «самоприобретенным» и «наведенным», т.е. полученным от другого сильно наэлектризованного объекта без непосредственного контакта с ним. Такой метод «принудительной электризации» называют индукцией.
Всем нам хорошо известен электрический треск при снятии верхней одежды или «электрический удар» от кузова автомобиля. Мы наблюдаем и нередко испытываем на себе действие статических разрядов при расчесывании волос, нарезании бумаги, переливании бензина и т.
д.
Обязательным условием для генерирования статического электрополя является наличие магнитных полей. Таким образом, следует констатировать, что свободные заряды окружают нас постоянно. Но человеку этого мало и он активно использует в своей повседневной жизни и работе огромное количество различных электрических устройств, тем самым только увеличивая общую «электрическую напряженность» среды обитания.
Сфера использования
Электростатические приборы и устройства, принцип действия которых основывался на трении, так и не смогли покинуть лабораторных полок и учебных, где они, преимущественно, используются в качестве демонстрационного материала.
Попытки использовать статические поля для генерации электрического тока тоже не принесло особых успехов. Генераторы Ван Дер Граафа и Феличи, которые были созданы в 30-ом и 40-ом году прошлого столетия, тоже не нашли себе широкого применения, т.к. это оборудование было достаточно громоздко.
Генераторы Ван Дер Граафа
К тому же их функционирование и техническое обслуживание обходилось очень дорого.
Очень полезным с точки зрения промышленного применения, оказалось открытие коронного разряда, который широко применяется в различных областях промышленности. В частности, с его помощью, можно очищать газы от различных примесей и наносить краску на поверхность любой конфигурации.
Проблемы, связанные со статическим электричеством
Значительно большее внимание сегодня уделяется проблемам, которые являются прямым следствием накопленного электростатического напряжения. Электроудары различной мощности могут поражать человека, как в домашних условиях, так и на работе.
Статическое электричество в быту
К примеру, свитер из синтетической ткани, в результате трения со спинкой кресла или с материалом верхней одежды, способен накапливать разряд, который «даст о себе знать» при его снимании. Гораздо мощнее бьет при прикосновения к кузову автомобиля, который наэлектризовался от трения об воздух.
Любой электрический прибор, будь то кухонный комбайн, ноутбук, монитор компьютера или пылесос, обязательно несет в себе электростатический заряд, который «охотно» переходит в человека при контакте.
Такой «переход» может вызывать, а может и не вызывать болезненные ощущения, но он однозначно вреден для человеческого организма.
Ученые давно доказали, что воздействие энергии статического электричества представляет опасность для здоровья человека, в частности для сердечно-сосудистой и центральной нервной системы.
Защита
В упоминаемом ранее, ГОСТе детально рассматриваются способы защиты от влияния статических полей, самым простым из которых является надежное заземление оборудования.
Что можно сделать защиты от статических полей помещений частного дома и промышленных помещений?
Видео: как избавиться от статического электричества.
https://www.youtube.com/watch?v=ls-hBlqJu9Y
Для защиты людей и высокоточного оборудования от воздействия статического электричества на производстве используют специальные экраны и другие электромеханические приспособления. Для подавления электризации в жидких полимерах применяют специальные присадки и растворители.
Широко используются в качестве для защиты от статического электричества в быту и на производстве различные антистатики.
Антистатическая спец. одежда
Это химические вещества, имеющие низкую молекулярную массу, что позволяет их молекулам легко перемещаться и, в дополнение к этому, вступать реакцию с атмосферной влагой. Совокупность этих характеристик позволяет им рассеивать очаги возникновения статических полей и снимать статистическое напряжение с человека.
Атомы химических элементов электронейтральны, т.к. содержат одинаковое количество отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных протонов.
Заряды статического электричества образуются при деформации твердых тел, разбрызгивании жидкостей, при перемещении (трении) твердых, сыпучих и жидких тел. Под статическим электричеством принято понимать электрические разряды, находящиеся в состоянии относительного покоя, распределенные на поверхности или в объеме диэлектрика или на поверхности проводника тока.
Перемещение зарядов статического электричества в пространстве обычно происходит вместе с наэлектризованными телами.
Статическое электричество– совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ, материалов изделий или на изолированных проводниках.
Процесс электризации заключается в том, что диэлектрики в результате взаимодействия между собой или с металлом в определенных условиях приобретают заряды статического электричества. При электризации одно тело приобретает или отдает другому электрические заряды. Обмен зарядами между взаимодействующими телами происходит на границе их соприкосновения или вблизи ее.
Процесс электризации связан с существованием двойного электрического слоя на границе раздела фаз. Согласно современным представлениям, двойной слой на границе раздела фаз жидкость – твердое тело состоит из тонкого слоя зарядов одного знака, «неподвижно» связанных с поверхностью твердого тела в результате действия электрических и адсорбционных сил, и диффузионного слоя зарядов (ионов) другого знака.
В состоянии покоя (рис. 23), т.е. в отсутствии движения жидкости, на границе раздела фаз сохраняется равновесие положительно и отрицательно заряженных электронов, и суммарный заряд жидкости в трубе равен нулю. При движении жидкости в трубе (рис. 24) равновесие положительно и отрицательно заряженных электронов нарушается вследствие уноса электронов потоком жидкости. Возникает разность потенциалов между стенкой трубы и потоком жидкости в ней, увеличивается напряженность электрического поля и появляется возможность искрообразования под воздействием разряда статического электричества. Разряд статического электричества возникает тогда, когда напряженность электростатического поля над поверхностью диэлектрика достигает критической (пробивной) величины. Например, для воздуха пробивное напряжение составляет примерно 30 кВ/см.
Рис. 23. Состояние покоя жидкости Рис. 24. Состояние движения жидкости
К образованию статического электричества способны в основном тела с удельным объемным электрическим сопротивлением более 10 5 Ом·м.
Материалы с удельным объемным электрическим сопротивлением, равным или менее 10 5 Ом·м, практически не электризуются.
Искровые разряды между контактирующими телами могут иметь большую энергию и могут быть источниками зажигания горючих газо-, паро- и пылевоздушных смесей. Наиболее опасное проявление статического электричества – возникновение искрового разряда и высоких потенциалов. По статистическим данным искровые заряды статического электричества являются причиной примерно 50 – 60 % всех взрывов на взрывопожа-роопасных производствах.
Характеристикой зажигающей способности разрядов статического электричества является минимальная энергия зажигания, которая представляет собой наименьшее значение энергии электрического разряда, способного воспламенить легковоспламеняющуюся смесь пара или взрывоопасной пыли с воздухом.
Для человека разряды статического электричества не представляют прямой опасности. Тело человека легко электризуется, его потенциал может достигать 15 кВ, но токи разряда весьма малы, они обычно составляют доли микроампера.
Искровые разряды вызывают у человека ощущение слабого или острого укола и лишь при разности потенциалов 30 кВ вызывают временную судорогу.
Энергия разрядов статического электричества с тела человека может достигать 10 мДж, этого достаточно для зажигания многих горючих смесей.
Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля (ЭСП)на рабочих местах установлены ГОСТ 12.1.045-84 ССБТ «Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля»; СанПиН 11-16-94
«Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля на рабочих местах», утвержденными Главным санитарным врачом РБ 27.01.1994. Нормируемым параметром ЭСП является напряженность поля Е, которая измеряется в вольтах на метр (В/м) или киловольтах на метр (кВ/м).
Предельно допустимые уровни напряженности электростатического поля (ЕПД) устанавливаются в зависимости от времени пребывания персонала на рабочих местах и не должны превышать: при воздействии до 1 ч -60 кВ/м; при воздействии свыше 1 до 9 ч величина ЕПДопределяется по формуле:
Значения ЕПДв зависимости от времени воздействия ЭСП приведены в табл.
5.
Таблица 5 Зависимость расчетных значений Епдот времени воздействия ЭСП
Время, ч |1,5 |2 |2,5 |3 |3,5 |4 |4,5 |5
Епд, кВ/м 50 42,2 37,9 34,6 32,1 30 28,3 26,8
Время, ч5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9
Епд, кВ/м 25,5 24,5 23,5 22,7 21,9 21,2 20,6 20
При напряженности электростатического поля менее 20 кВ/м время пребывания в электростатическом поле не регламентируется.
Если ЕПДпревышает 20 кВ/м, необходимо применять соответствующие меры защиты.
Воздействие статического электричества на человекаможет проявляться в виде слабого длительно протекающего тока или в форме кратковременного разряда, проходящего через его тело. Такой разряд вызывает у человека рефлекторное движение, что в ряде случаев может привести к попаданию работающего в опасную зону производственного оборудования и закончиться несчастным случаем.
На теле человека статическое электричество может накапливаться при ношении обуви с непроводящими электричество подошвами, одежды и белья из шерсти, шелка и искусственных волокон и при выполнении ряда ручных операций с веществами-диэлектриками.
Для снижения интенсивности возникновения зарядов статического электричества:
· всюду, где это технологически возможно, горючие газы должны
очищаться от взвешенных жидких и твердых частиц; жидкости – от за
грязнения нерастворимыми твердыми и жидкими примесями;
· всюду, где этого не требует технология производства, должно
быть исключено разбрызгивание, дробление, распыление;
· скорость движения материалов в аппаратах и магистралях не
должна превышать значений, предусмотренных проектом.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась – это был конец пары: «Что-то тут концом пахнет».
8526 – | 8113 – или читать все.
91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
Электрический заряд. Статическое электричество
Публикации по материалам Д. Джанколи. «Физика в двух томах» 1984 г. Том 2.
Статическое электричество
Слово электричество происходит от греческого названия янтаря — ελεκτρον.
Янтарь — это окаменевшая смола хвойных деревьев. Древние заметили, что если потереть янтарь куском ткани, то он будет притягивать легкие
предметы или пыль. Это явление, которое мы сегодня называем статическим электричеством, можно наблюдать, и натерев тканью эбонитовую или стеклянную палочку или же просто пластмассовую линейку.
Пластмассовая линейка, которую хорошенько потерли бумажной салфеткой, притягивает мелкие кусочки бумаги (рис.
22.1).
Разряды статического электричества вы могли наблюдать, расчесывая волосы или снимая с себя нейлоновую блузку или рубашку. Не исключено, что вы ощущали электрический удар, прикоснувшись к металлической дверной ручке после того, как встали с сиденья автомобиля или прошлись по синтетическому ковру. Во всех этих случаях объект приобретает электрический заряд благодаря трению; говорят, что происходит электризация трением.
Все ли электрические заряды одинаковы или существуют различные их виды? Оказывается, существует два вида электрических зарядов, что можно доказать следующим простым опытом. Подвесим пластмассовую линейку за середину на нитке и хорошенько потрем ее куском ткани. Если теперь поднести к ней другую наэлектризованную линейку, мы обнаружим, что линейки отталкивают друг друга (рис. 22.2, а).
Точно так же, поднеся к одной наэлектризованной стеклянной палочке другую, мы будем наблюдать их отталкивание (рис. 22.2,6). Если же заряженный стеклянный стержень поднести к наэлектризованной пластмассовой линейке, они притянутся (рис.
22.2, в). Линейка, по-видимому, обладает зарядом иного вида, нежели стеклянная палочка.
Экспериментально установлено, что все заряженные объекты делятся на две категории: либо они притягиваются пластмассой и отталкиваются стеклом, либо, наоборот, отталкиваются пластмассой и притягиваются стеклом. Существуют, по-видимому, два вида зарядов, причем заряды одного и того же вида отталкиваются, а заряды разных видов притягиваются. Мы говорим, что одноименные заряды отталкиваются, а, разноименные притягиваются.
Американский государственный деятель, философ и ученый Бенджамин Франклин (1706-1790) назвал эти два
вида зарядов положительным и отрицательным. Какой заряд как назвать, было совершенно безразлично;
Франклин предложил считать заряд наэлектризованной стеклянной палочки положительным. В таком случае заряд,
появляющийся на пластмассовой линейке (или янтаре), будет отрицательным. Этого соглашения придерживаются и по сей день.
Разработанная Франклином теория электричества в действительности представляла собой концепцию «одной жидкости»: положительный заряд рассматривался как избыток «электрической жидкости» против ее нормального содержания в данном объекте, а отрицательный — как ее недостаток.
Например, когда пластмассовую линейку натирают бумажной салфеткой, линейка приобретает отрицательный заряд, а салфетка-равный по величине положительный заряд. Происходит разделение зарядов, но их сумма равна нулю.
Этим примером иллюстрируется твердо установленный закон сохранения электрического заряда, который гласит:
Суммарный электрический заряд, образующийся в результате любого процесса, равен нулю.
Отклонений от этого закона никогда не наблюдалось, поэтому можно считать, что он столь же твердо установлен, как и законы сохранения энергии и импульса.
Электрические заряды в атомах
Лишь в прошлом столетии стало ясно, что причина существования электрического заряда кроется в самих атомах.
Позднее мы обсудим строение атома и развитие представлений о нем более подробно. Здесь же кратко остановимся на основных идеях, которые помогут нам
лучше понять природу электричества.
По современным представлениям атом (несколько упрощенно) состоит из тяжелого положительно заряженного ядра, окруженного одним или несколькими отрицательно заряженными электронами.
В нормальном состоянии положительный и отрицательный заряды в атоме равны по величине, и атом в целом электрически нейтрален. Однако атом может терять или приобретать один или несколько электронов. Тогда его заряд будет положительным или отрицательным, и такой атом называют ионом.
В твердом теле ядра могут колебаться, оставаясь вблизи фиксированных положений, в то время как часть электронов движется совершенно свободно. Электризацию трением можно объяснить тем, что в различных веществах ядра удерживают электроны с различной силой.
Когда пластмассовая линейка, которую натирают бумажной салфеткой, приобретает отрицательный заряд, это означает, что электроны в бумажной салфетке удерживаются слабее, чем в пластмассе, и часть их переходит с салфетки на линейку.
Положительный заряд салфетки равен по величине отрицательному заряду, приобретенному линейкой.
Обычно предметы, наэлектризованные трением, лишь некоторое время удерживают заряд и, в конечном итоге, возвращаются в электрически нейтральное состояние. Куда исчезает заряд? Он «стекает» на содержащиеся в воздухе молекулы воды.
Дело в том, что молекулы воды полярны: хотя в целом они электрически нейтральны, заряд в них распределен неоднородно (рис. 22.3). Поэтому лишние электроны с наэлектризованной линейки будут «стекать» в воздух, притягиваясь к положительно заряженной области молекулы воды.
С другой стороны, положительный заряд предмета будет нейтрализоваться электронами, которые слабо удерживаются молекулами воды в воздухе. В сухую погоду влияние статического электричества гораздо заметнее: в воздухе содержится меньше молекул воды и заряд стекает не так быстро. В сырую дождливую погоду предмет не в состоянии надолго удержать свой заряд.
Изоляторы и проводники
Пусть имеются два металлических шара, один из которых сильно заряжен, а другой электрически нейтрален.
Если мы соединим их, скажем, железным гвоздем, то незаряженный шар быстро приобретет электрический заряд. Если же мы одновременно коснемся обоих шаров деревянной палочкой или куском резины, то шар, не имевший заряда, останется незаряженным. Такие вещества, как железо, называют проводниками электричества; дерево же и резину называют непроводниками, или изоляторами.
Металлы обычно являются хорошими проводниками; большинство других веществ изоляторы (впрочем, и изоляторы чуть-чуть проводят электричество). Любопытно, что почти все природные материалы попадают в одну из этих двух резко различных категорий.
Есть, однако, вещества (среди которых следует назвать кремний, германий и углерод), принадлежащие к промежуточной (но тоже резко обособленной) категории. Их называют полупроводниками.
С точки зрения атомной теории электроны в изоляторах связаны с ядрами очень прочно, в то время как в проводниках многие электроны связаны очень слабо и могут свободно перемещаться внутри вещества.
Когда положительно заряженный предмет подносится вплотную к проводнику или соприкасается с ним, свободные электроны быстро перемещаются к положительному заряду. Если же предмет заряжен отрицательно, то электроны, наоборот, стремятся удалиться от него. В полупроводниках свободных электронов очень мало, а в изоляторах они практически отсутствуют.
Индуцированный заряд. Электроскоп
Поднесем положительно заряженный металлический предмет к другому (нейтральному) металлическому предмету.
При соприкосновении свободные электроны нейтрального предмета притянутся к положительно заряженному и часть их перейдет на него. Поскольку теперь у второго предмета недостает некоторого числа электронов, заряженных отрицательно, он приобретает положительный заряд. Этот процесс называется электризацией за счет электропроводности.
Приблизим теперь положительно заряженный предмет к нейтральному металлическому стержню, но так, чтобы они не соприкасались.
Хотя электроны не покинут металлического стержня, они тем не менее переместятся в направлении заряженного предмета; на
противоположном конце стержня возникнет положительный заряд (рис.
22.4). В таком случае говорят, что на концах
металлического стержня индуцируется (или наводится) заряд.
Разумеется, никаких новых зарядов не возникает: произошло просто разделение зарядов, в целом же стержень
остался электрически нейтральным. Однако если бы мы теперь разрезали стержень поперек посредине, то
получили бы два заряженных предмета — один с отрицательным зарядом, другой с положительным.
Сообщить металлическому предмету заряд можно также, соединив его проводом с землей (или, например, с
водопроводной трубой, уходящей в землю), как показано на рис. 22.5, а.
Предмет, как говорят, заземлен. Благодаря своим огромным размерам земля принимает и отдает электроны; она
действует как резервуар заряда. Если поднести близко к металлу заряженный, скажем, отрицательно предмет, то
свободные электроны металла будут отталкиваться и многие уйдут по проводу в землю (рис. 22.5,6). Металл
окажется заряженным положительно. Если теперь отсоединить провод, на металле останется положительный
наведенный заряд.
Но если сделать это после того, как отрицательно заряженный предмет удален от металла, то
все электроны успеют вернуться назад и металл останется электрически нейтральным.
Для обнаружения электрического заряда используется электроскоп (или простой электрометр).
Как видно из рис. 22.6, он состоит из корпуса, внутри которого находятся два подвижных листочка, сделанных нередко из золота. (Иногда подвижным делается только один листочек.) Листочки укреплены на металлическом стержне, который изолирован от корпуса и заканчивается снаружи металлическим шариком. Если поднести заряженный предмет близко к шарику, в стержне происходит разделение зарядов (рис. 22.7, а), листочки оказываются одноименно заряженными и отталкиваются друг от друга, как показано на рисунке.
Можно целиком зарядить стержень за счет электропроводности (рис. 22.7, б). В любом случае, чем больше заряд, тем сильнее расходятся листочки.
Заметим, однако, что знак заряда таким способом определить невозможно: отрицательный заряд разведет
листочки точно на такое же расстояние, как и равный ему по величине положительный заряд.
И все же электроскоп
можно использовать для определения знака заряда-для этого стержню надо сообщить предварительно, скажем,
отрицательный заряд (рис. 22.8, а). Если теперь к шарику электроскопа поднести отрицательно заряженный
предмет (рис. 22.8,6), то дополнительные электроны переместятся к листочкам и они раздвинутся сильнее.
Наоборот, если к шарику поднести положительный заряд, то электроны переместятся от листочков и они сблизятся
(рис. 22.8, в), так как их отрицательный заряд уменьшится.
Электроскоп широко применялся на заре электротехники. На том же принципе при использовании электронных схем работают весьма чувствительные современные электрометры.
Данная публикация составлена по материалам книги Д. Джанколи. «Физика в двух томах» 1984 г. Том 2.
Продолжение следует. Коротко о следующей публикации:
Закон Кулона
Сила F, с которой одно заряженное тело действует на другое заряженное тело,
пропорциональна произведению их зарядов Q1 и Q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними.
Альтернативные статьи: Электрический ток, Закон ома.
Замечания и предложения принимаются и приветствуются!
Введение в статическое электричество | Поговорим о науке
Получение удара статическим электричеством (ericb007, iStockphoto)
Получение удара статическим электричеством (ericb007, iStockphoto)
АБ 9Наука о знаниях и трудоустройстве 8, 9 (пересмотрено в 2009 г.) Модуль D: Электрические принципы и технологии
AB 9 Наука 7-8-9 (2003 г., обновлено в 2014 г.) Модуль D: Электрические принципы и технологии
МБ 6 Наука 6 класс (2000) Кластер 3: Электричество
МБ 9 Старший 1 Наука (2000) Кластер 3: Природа электричества
NL 6 Наука 6 класс (2018) Блок 3: Электричество
NL
9
9 класс Наука
Блок 3: Электричество (пересмотрено в 2011 г.
)
NS 6 Наука 6 (2019) Физические науки: электричество
NS 9 Наука 9 (2021) Характеристики электричества
НУ 9 Наука о знаниях и трудоустройстве 9 (Альберта, редакция 2009 г.) Модуль D: Электрические принципы и технологии
NU 9 Наука 9 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.) Модуль D: Электрические принципы и технологии
NU 6 Учебная программа K-6 по науке и технологиям (СЗТ, 2004 г.) Энергия и управление: электричество
ON 9 Естествознание, 9 класс, академический (SNC1D) Направление E: Характеристики электричества
ВКЛ. 9 Прикладные науки 9 класса (SNC1P) Strand E: электрические приложения
PE 6 Наука 6 класс (2012) Физические науки: электричество
PE 9 Естествознание, 9 класс (пересмотрено в 2018 г.) Знание содержания: CK 3
PE 12 Физика 621А (2010) Электричество и магнетизм
КК Раздел IV Прикладная наука и технологии Материальный мир
КК Раздел IV Экологические науки и технологии Материальный мир
КК Раздел IV Наука и окружающая среда Материальный мир
СК 6 Наука 6 класс (2009) Физические науки – Понимание электричества (EL)
SK 9 Наука 9 (2009) Физические науки – характеристики электричества (CE)
NT
9
Наука о знаниях и трудоустройстве 9 (Альберта, редакция 2009 г.
)
Модуль D: Электрические принципы и технологии
NT 9 Наука 9 (Альберта, 2003 г., обновлено в 2014 г.) Модуль D: Электрические принципы и технологии
NT 6 Учебная программа K-6 по науке и технологиям (СЗТ, 2004 г.) Энергия и управление: электричество
Узнайте о статическом электричестве и о том, где мы сталкиваемся с ним в повседневной жизни.
Статическое электричество
Вы, наверное, чувствовали статическое электричество. Это вызывает тот небольшой шок, который вы можете получить, когда впервые коснетесь дверной ручки. Это также может заставить ваши волосы встать дыбом, когда вы снимаете шапку зимой. Но знаете ли вы, почему происходят такие вещи?
Наука о статическом электричестве (2015) TED-Ed (3:38 мин.). Вся материя состоит из атомов или групп атомов, называемых молекул .
В центре каждого атома находится ядро . Внутри ядра находятся частицы с положительными зарядами (+) и частицы с нулевым зарядом. Те, что имеют положительный заряд, называются протонами , а те, у кого заряд равен нулю, называются нейтронами . Частицы с отрицательными зарядами (-), называемые электронами , вращаются вокруг ядра.
Обычно предметы и материалы вокруг нас электрически нейтральны . Это означает, что они не имеют ни положительного, ни отрицательного заряда. Это потому, что они имеют равное количество положительных зарядов от протонов и отрицательных зарядов от электронов.
Знаете ли вы?
Изучение электрических зарядов в состоянии покоя называется электростатикой .
Но нейтральному материалу можно придать электрический заряд.
Один из способов сделать это — потереть два предмета друг о друга.
Когда вы спускаетесь со слайда, электроны движутся от вас к слайду. Это заставляет ваши волосы иметь больше положительных зарядов. Объекты с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга на . Итак, каждый из ваших волосков пытается оттолкнуть соседа. Иногда это означает, что ваши волосы будут стоять прямо!
То же самое происходит при трении воздушного шара о волосы или одежду, особенно в сухую погоду. Попробуйте после этого повесить воздушный шар на стену и посмотрите, как долго он будет держаться! Потирая, вы перемещаете электроны от себя к шарику. Он прилипает, потому что воздушный шар заряжен более отрицательно, чем стена. Объектов с противоположными зарядами привлекли друг к другу.
Спуск с горки или трение воздушного шарика о волосы могут вызвать движение электронов (Источники: Эрика Финстад через iStockphoto и :HappyKids через iStockphoto). Но почему заряженные частицы отталкиваются или притягиваются друг к другу? Потому что они могут проявлять силу вокруг себя.
Это называется электрической силой . Область вокруг частицы, на которую действует эта сила, называется электрическим полем . Мы можем показать, как выглядит электрическое поле, нарисовав картинки со стрелками, которые называются 9.0089 строк поля . Примеры вы можете увидеть на картинках ниже.
Линии электрического поля всегда направлены в сторону от положительных зарядов. Но они указывают на отрицательные заряды. Если частицы имеют противоположные заряды, их силовые линии направлены друг к другу. Если частицы имеют одинаковый заряд, их силовые линии направлены в разные стороны.
Линии поля для частиц с противоположными зарядами слева и с одинаковыми зарядами справа (Источники: Geek3 [CC BY-SA] через Wikimedia Commons и Wikimedia Commons).
Знаете ли вы?
Заряды частиц распространяются лучше, когда в воздухе есть влага. Это означает, что у объектов нет возможности накапливать положительные или отрицательные заряды.
Но в сухой зимний день может случиться и обратное. Вот почему ваши волосы могут выглядеть забавно, когда вы снимаете шляпу!Если два материала с противоположными зарядами сблизятся друг с другом, они могут вызвать искру. Эта искра — движение электронов по воздуху! Возможно, вы чувствовали это, когда тянулись к дверной ручке после прогулки по ковру.
Такой же разряд электричества мы наблюдаем во время грозы. Мы называем эти молнии молнией .
Статическое электричество, более известное как молния, во время грозы (Источник: Кели Блэк через Pixabay).Во время грозы облака проходят мимо друг друга. Электроны могут перепрыгивать из одного облака в другое. Из-за этого в некоторых облаках могут образовываться большие положительные или отрицательные электрические заряды. Эти противоположные заряды сильно притягиваются друг к другу. В конце концов они «прыгают» по воздуху, чтобы сравняться. В результате получается эффектная вспышка света.
Молния может произойти внутри облака, между облаками и между облаками и землей.
Молния — это самая мощная форма статического электричества, с которой вы можете столкнуться. Вот почему грозы могут быть очень опасны. Помните, когда гремит гром, идите в помещение.
Электростатическая сила
Удар молнии намного сильнее удара, который вы можете почувствовать, коснувшись дверной ручки! Но почему?
Мы знаем, что положительные и отрицательные заряды взаимодействуют друг с другом. Но сила этого взаимодействия измеряется размером электростатическая сила . Эта сила вызвана как размером электрических зарядов, так и расстоянием между зарядами. Давайте посмотрим на это, используя схему.
Диаграмма, показывающая электростатические силы между положительными и отрицательными зарядами (©2020 Let’s Talk Science).
Частицы с положительным зарядом обозначаются как +q , а частицы с отрицательным зарядом — как -q . Расстояние между частицами обозначено как р.
Силы, действующие на заряды, обозначены как F .
Вы можете рассчитать электростатическую силу между двумя частицами, используя Закон Кулона . Это уравнение описывает связь между зарядами частиц и расстоянием между частицами. Символ k представляет постоянную закона Кулона.
Уравнение закона Кулона
При рассмотрении этого уравнения следует помнить две важные вещи.
- Значения q1 и q2 перемножаются. Итак, если и q1, и q2 положительны, то сила будет положительной величиной. Частицы будут отталкиваться.
То же верно, если и q1, и q2 отрицательны.
Если q1 положительное, а q2 отрицательное, то сила будет иметь отрицательное значение. То же самое верно, если q1 отрицательно, а q2 положительно. Частицы будут притягиваться.
- Сила пропорциональна квадратному корню из расстояния между частицами. Это означает, что чем ближе частицы друг к другу, тем сильнее будет сила.
Знаете ли вы?
Закон Кулона назван в честь физика Шарля-Огюстена де Кулона. Он доказал свой закон, используя инструмент, называемый крутильными весами. Это измеряло статическую электрическую силу, когда два шара из заряженного металла отталкивались или притягивались друг к другу. В его честь был назван кулон, единица измерения электрического заряда.
Что такое статическое электричество и чем оно вызвано? — Объясните это.
Что такое статическое электричество и чем оно вызвано? — Объясните это.Вы здесь: Домашняя страница > Электричество и электроника > Статическое электричество
- Дом
- Индекс А-Я
- Случайная статья
- Хронология
- Учебное пособие
- О нас
- Конфиденциальность и файлы cookie
Реклама
Криса Вудфорда.
Последнее обновление: 27 мая 2021 г.
Zap! Когда молния падает на землю, мы получаем внезапную, очень яркую демонстрацию силы статики электричество (электрическая энергия, собравшаяся в одном месте). Самый из нас знают, что статическое электричество накапливается, когда мы трём вещи друг о друга, хотя это не очень удовлетворительное объяснение. О чем это трение вещей, которое производит электрическое явление? Несмотря на то что молния — яркий пример статического электричества, а не что-то, что мы можем использовать. Но есть много других мест, где статическое электричество невероятно полезно; с лазерных принтеров и копировальные аппараты на электростанции, защищающие от загрязнения, статическое электричество может быть очень фантастика. Итак, давайте подробнее рассмотрим, что это такое и как это работает!
Фото: Удар молнии — это огромный выброс статического электричества, при котором накопленная электрическая потенциальная энергия выбрасывается с неба на землю в виде внезапного импровизированного электрического тока.
Если вы хотите сфотографировать молнию, настройте камеру на несколько непрерывных снимков и будьте готовы к очень долгому ожиданию: мне потребовалось два часа и сотни тщетных попыток запечатлеть этот единственный кадр.
Содержание
- Что такое статическое электричество?
- Потенциальная и кинетическая энергия
- Что вызывает статическое электричество?
- Трибоэлектрический эффект
- Трибоэлектрическая серия
- Переосмысление статического электричества
- Какая польза от статического электричества?
- Узнать больше
Что такое статическое электричество?
Фото: Классическая статика. Когда вы трете воздушный шар о свитер, вы создаете статическое электричество, которое заставляет его прилипать. Трение перемещает электроны с вашего пуловера (который становится положительно заряженным) на латексную резину в воздушном шаре (которая становится отрицательно заряженной).
Противоположные заряды заставляют две вещи склеиваться.
Мы воспринимаем электричество как должное: его легко забудьте, что дома, офисы и фабрики были запитаны в этом чистым и удобным способом только с конца 19 века, что в в более широком смысле человеческой истории, это вообще не время. Это было во время 19 века, такие пионеры, как Алессандро Вольта, Майкл Фарадей, Джозеф Генри и Томас Эдисон разгадали секреты электричество, как его производить и как заставить его делать полезные вещи. До этого электричество было в основном диковинкой: оно было очень интересно ученым для изучения и игры, но не было многое другое они могли бы сделать с ним. В те времена люди готовили и топили в своих домах использовали дровяные или угольные печи и освещали свои комнаты свечами или маслом. лампы; не было таких вещей, как радио или телевизоры, тем более мобильные телефоны или компьютеры.
«Современное электричество», питающее все, от телефона в кармане до метро.
ездить в школу или на работу — это то, что мы называем текущим электричеством (или
электрический ток).
Это энергия, которая проходит по металлическому проводу от
место, где это производится (что-нибудь от гигантской электростанции
к крошечной батарее) к тому, что она питает (часто электродвигатель,
нагревательный элемент или лампа). Текущее электричество всегда в движении,
перенос энергии из одного места в другое.
Фото: Еще одна классическая демонстрация статики: потрите пластиковой расческой о свитер, и вы обнаружите, что можете собирать крошечные кусочки бумаги. Это немного похоже на собирание скрепок магнитом. Но там, где магнит может поднять одну скрепку, а намагниченная скрепка подцепит другие по цепочке, линейка, заряженная статическим электричеством, не сделает того же. Как вы думаете, почему?
Фото: Бенджамин Франклин, отец-основатель и пионер электротехники. Фото любезно предоставлено американским проектом Кэрол М. Хайсмит в архиве Кэрол М. Хайсмит, Отдел эстампов и фотографий Библиотеки Конгресса США.
До XIX века единственным видом электричества, о котором люди действительно знали или пытались использовать, было статическое электричество.
электричество. Древние греки понимали, что вещи можно давать
статический электрический «заряд» (накопление статического электричества) просто путем
тереть их, но они понятия не имели, что та же самая энергия может быть использована
для создания световых или силовых машин. Один из тех, кто помогал создавать
связь между статическим и текущим электричеством была американской
государственный деятель, издатель и
ученый Бенджамин Франклин. В 1752 году, когда
Франклин пытался разгадать тайны электричества, и это ему удалось.
запуская воздушного змея в грозу, чтобы поймать себя на электрическом
энергии (чрезвычайно опасное занятие). Ударила молния
спустить воздушного змея на землю, и, если бы Франклин не был изолирован, он вполне мог бы погибнуть.
Франклин понял, что статическое электричество, накапливающееся в небе,
стал текущим электричеством, когда удар молнии перенес его в
поверхность Земли. Именно благодаря таким исследованиям
он разработал одно из своих самых известных изобретений, молнию
стержень (громоотвод).
Работа Франклина проложила путь к
электрическая революция 19век — и
Мир действительно изменился, когда такие люди, как Вольта и Фарадей, опираясь на открытия Франклина, научились
производить электричество по желанию и заставить его делать полезные вещи.
Потенциальная и кинетическая энергия
Вкратце, мимоходом, стоит отметить, что есть другой способ думать о статическом и электрическом электричестве и соотносить их с вещами, которые мы
уже знают об энергии. Мы можем думать о статическом электричестве как о своего рода потенциальной энергии: это запасенная энергия, готовая и ожидающая, чтобы сделать что-то полезное для нас. Точно так же ток электричества (грубо говоря)
аналогично кинетической энергии: энергия в движении, хотя и электрического типа. Точно так же, как вы можете превратить потенциальную энергию в кинетическую (например, позволив смельчаку скатиться с холма), вы можете превратить статическое электричество в текущее электричество (вот что делает молния) и обратно (вот как Ван де Генератор Граафа работает).
Рекламные ссылки
Что вызывает статическое электричество?
Еще несколько лет назад ученые были уверены, что понимают статическое электричество и то, как оно работает. Объяснение было таким…
Как и древние греки, мы склонны думать
статическое электричество возникает из-за трения вещей. Итак, если вы живете
в доме с нейлоновыми коврами и металлическими дверными ручками вы скоро научитесь
что ваше тело накапливает статический заряд, когда вы идете по
пол, который может разряжаться, когда вы касаетесь дверной ручки, давая вам
малюсенький удар током. В большинстве школьных экспериментов мы также узнаем о
статического электричества при трении вещей. Вы, вероятно, пробовали этот трюк, когда вы
потереть воздушный шар об одежду, чтобы она приклеилась? Вы можете заключить
от того, что статическое электричество как-то связано с
трение — это сам акт трения чего-либо
энергично, что производит накопление электрической энергии (в том же
способ, которым трение может производить тепло и даже огонь).
Трибоэлектрический эффект
Важно не трение, а сам факт
что мы приводим в контакт два разных материала.
Энергично потирая две вещи друг о друга, они просто слипаются.
контактировать снова и снова — и именно это создает статическое
электричество через явление, известное как трибоэлектричество
(или трибоэлектрический эффект). Все материалы состоят из атомов, которые имеют положительное центральное
ядро (ядро), окруженное неким нечетким «облаком»
электроны, которые являются действительно захватывающими битами. Теперь некоторые атомы имеют более сильное притяжение к электронам, чем
другие; большая часть химии проистекает из этого факта. Если мы положим два
различных материалов в контакте, и один притягивает электроны больше, чем
во-вторых, электроны могут быть вытянуты из одного из
материалы к другому. Когда мы разделяем материалы, электроны
эффективно перейти к материалу, который привлекает их больше всего
сильно. В результате один из материалов получил дополнительную
электронов (и становится отрицательно заряженным), в то время как другой материал
потерял несколько электронов (и стал положительно заряженным).
Вуаля,
у нас есть статическое электричество! Когда мы снова потираем вещи вместе и
опять же, мы увеличиваем шансы на то, что в этом примет участие большее количество атомов.
происходит обмен электронами, и поэтому накапливается статический заряд.
Фото: Как трибоэлектрический эффект объясняет статическое электричество: 1. Эбонит (твердая вулканизированная резина, показанная здесь черным стержнем) и шерсть (показана серым цветом) обычно не имеют электрического заряда. 2) Соедините их и эбонит притянет электроны от шерсти. 3) Разделить их и электроны остаются на эбоните, делая его отрицательно заряженным и оставляя шерсть с недостатком электронов (или с положительным зарядом). Растирание двух веществ друг о друга увеличивает контакт между ними и повышает вероятность того, что электроны будут мигрировать из шерсти в эбонит. Отрицательный заряд эбонита точно такой же величины, как и положительный заряд шерсти; другими словами, чистый заряд не создается.
Трибоэлектрическая серия
Если вы экспериментируете с различными материалами, вы
найти некоторое усиление положительных зарядов при трении и некоторое усиление
отрицательные заряды; некоторые материалы также получают больше заряда, чем другие.
получается
из того, что мы можем ранжировать материалы в соответствии с зарядом, который они
прибыль, давая нам своего рода рейтинг материалов, идущих от
положительный к отрицательному. В разных книгах и на веб-страницах отображаются немного разные
списки, но все они в целом идут от полезных ископаемых (положительных) через такие
от дерева и бумаги (нейтрально) до пластика (отрицательно). Не волнуйся
слишком много о точном порядке списка; это будет варьироваться для всех видов
причин (типа стекла или добавок в латексе, например).
++++++++ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ++++++++
+ Воздух
+ Кожа
+ Кожа
+ Асбест
+ Стекло
+ Слюда
+ Кварц
+ Нейлон
+ Шерсть
+ Мех
+ Свинец
+ Шелк
+ Алюминий
0 Бумага
0 Хлопок
0 Сталь
0 Дерево
− Янтарь
− Латекс
− Твердая резина
− Никель
− Медь
− Латунь
− Серебро
− 9 Золото 901 −4 Платина 901 −4 Платина 901 −9
− Полистирол
− Неопрен
− Саран («пищевая пленка»)
− Полиэтилен
− Полипропилен
− Поливинилхлорид (ПВХ)
− Селен
− Тефлон
− Силиконовый каучук
− Эбонит (очень твердая вулканизированная резина)
−−−−−−−−ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ −−−−−−−−−
Этот список называется трибоэлектрическим рядом.
Чем дальше друг от друга два материала в ряду, тем более статично
электричество будет накапливаться, когда вы будете тереть их друг о друга. Если два
материалы очень близки в ряду, тяжело заставить их нарастить
любой заряд вообще, как бы сильно вы их не терли. Казалось бы
подтвердить, что статическое электричество связано не с трением как таковым, а с
о природе материалов, с которыми мы контактируем.
Переосмысление статического электричества
То, что вы только что прочитали, является традиционным, широко принятым объяснение статического электричества — и вы до сих пор найдете его описание в большинстве школьных учебников.
Но в 2011 году ученые сообщили о некоторых новых важных открытиях, которые
казалось, предполагалось, что происходит гораздо больше. Вместо того, чтобы быть чисто физическим вопросом,
и простой перенос заряженных электронов от одного материала к другому, казалось, что статическое электричество тоже может быть
вызвано химия (движение ионов и другие существенно химические процессы).
И это также может произойти путем замены небольшого количества фактического материала (немного воздушного шара, смещающегося на ваш пуловер или наоборот). Там, где мы привыкли думать о статике как о простой «кучке» отрицательного или положительного заряда (электронов или их отсутствия), при ближайшем рассмотрении теперь оказывается «мозаика» как положительных, так и отрицательных зарядов, которые в сумме составляют комбинезон
заряд (положительный или отрицательный). Это исследование является очень новым и все еще развивается, но кажется очевидным, что наша традиционная
объяснение статического электричества — это упрощенная версия того, что происходит на самом деле, даже
если мы искренне верили в это более 2000 лет!
Иллюстрация: вверху: традиционная теория рассматривает статический заряд на воздушном шаре как равномерное распределение заряженных частиц по его поверхности. Внизу: согласно последним представлениям, статический заряд на самом деле представляет собой случайную «мозаику» гораздо больших зарядов, которые могут быть как положительными, так и отрицательными, и которые в сумме составляют общий заряд.
В этом случае отрицательного заряда гораздо больше, чем положительного (желтого больше, чем красного), поэтому наш шар имеет в целом отрицательный заряд.
Дополнительная литература
Простые введения
- То, что вы узнали о статическом электричестве, неверно Джон Тиммер. Wired, 25 июня 2011 г.
- Шокирующее новое понимание статического электричества Дугласа Мейна. Популярная механика, 29 июня 2011 г.
Более сложные статьи
- Мозаика поверхностного заряда при контактной электрификации Х. Т. Байтекина, А. З. Паташинского, М. Браницкого, Б. Байтекина, С. Соха и Б. А. Гжибовского. Наука, 15 июля 2011 г., Вып. 333, выпуск 6040, стр. 308–312.
- Антиоксиданты рассеивают статическое электричество Ричарда Ван Нордена. Природа, 19 сентября 2013 г.
- Что создает статическое электричество? Мериг В. Уильямс. Американский ученый, том 100, июль / август 2012 г., стр. 316–323.
Какая польза от статического электричества?
Теперь статическое электричество это все очень интересно,
но какая от этого польза? Вы не можете сделать тост из молнии
болт, и вы не можете зарядить свой мобильный телефон, просто потирая его корпус
на свой пуловер.
Вы можете подумать, что статика — одна из тех захватывающих
но в конечном счете совершенно бесполезные кусочки науки, не имеющие практического
приложений, но вы ошибаетесь: статическое электричество используется во всех
виды повседневной техники!
Лазерные принтеры и копировальные аппараты использовать статическое электричество для накопления чернил на барабане и переноса их на бумага. Опрыскивание сельскохозяйственных культур также зависит от статического электричества, помогающего гербицидам. прилипают к листве растений и равномерно распределяются по листьям. Фабрика роботы-распылители используют аналогичный трюк, чтобы гарантировать, что краска капли притягиваются к металлическим кузовам автомобилей, а не к оборудованию вокруг них. На многих электростанциях и химических заводах статическое электричество используется в дымовых трубах для удаления загрязнений (подробнее читайте в нашей статье об электростатических дымоуловителях).
Фото: Как можно остановить загрязнение воздуха, выбрасываемое из дымовых труб? Один из способов — придать дыму статический электрический заряд, а затем направить его через сетку металлических пластин с противоположным зарядом, чтобы удалить грязные частицы сажи.
Вот как работают «скрубберы» (электростатические осадители дыма), такие как те, что установлены в этих дымовых трубах на электростанции McNeil, работающей на биомассе, в Берлингтоне, штат Вирджиния. Фото Уоррена Гретца предоставлено Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (NREL).
Конечно, у статического электричества есть и свои недостатки. Это может вызвать искры и взрывы на складах горючего, а паразитное статическое электричество настоящая неприятность, если вы работаете с электронными компонентами. Это почему инженеры и химики разработали всевозможные антистатические технологии (от простых проводов до хитроумных малопроводящих красок и покрытий) которые предотвращают накопление статического электричества в чувствительных местах. Пока вы читаете эти слова, можно быть уверенным, что кто-то где-то пытается найти новый способ использовать статическое электричество или лучший способ остановить это вызывает проблемы. Статическое электричество может быть стационарным, но оно никогда не стоит на месте!
Узнать больше
На этом сайте
- Антистатические технологии
- Батареи
- Электричество
- Электростатические фильтры дыма
На других сайтах
- Почему статическое электричество на самом деле является трибоэлектричеством: отличное видео-введение в трибоэлектричество от Стивена Дюфресна.
Книги
Для младших читателей
- Очевидец: Электричество Стива Паркера. Нью-Йорк: Дорлинг Киндерсли, 2005. Хорошее введение в электричество от надежного детского научного писателя.
- Пути науки: электричество Криса Вудфорда. Нью-Йорк: Факты в файле, 2004: Одна из моих собственных книг, этот том знакомит нас с полной историей электричества, от древних греков до наших дней.
- «Крутая наука: эксперименты с электричеством и магнетизмом» Криса Вудфорда. Нью-Йорк: Гарет Стивенс, 2010: Еще одна из моих книг, это краткое и простое практическое руководство по электричеству и магнетизму.
Для читателей старшего возраста
- Опасности электричества и статического электричества от BP Safety Group. Институт инженеров-химиков, 2006 г. Каковы опасности статического электричества и что мы можем сделать, чтобы свести их к минимуму?
Статьи
Общие сведения
- Развевающийся флаг создает энергию из ветра Прачи Патель. IEEE Spectrum, 13 января 2016 г. Радикально новая «ветряная турбина» использует принцип трибоэлектричества для производства энергии.
- Убирайтесь, как Гарри Поттер, с этой волшебной палочкой для удаления пыли от Чарли Соррела. Wired, 5 августа 2011 г. Если статическое электричество помогает запылить вещи, может ли оно помочь и в их очистке?
IEEE Spectrum, 13 января 2016 г. Радикально новая «ветряная турбина» использует принцип трибоэлектричества для производства энергии.Для учителей
- Наука 101: В: Что такое «статическое электричество» и как я могу увидеть его эффекты? Мэтт Бобровски. Наука и дети, том 56, № 3, октябрь 2018 г. Базовый обзор статических понятий, которые необходимо знать детям, и несколько простых экспериментов, которые их демонстрируют.
- Измерение статического электричества: исследование в классе для понимания трибоэлектрического ряда Кэрри Перри и др., Science Scope, том 39, № 7, март 2016 г. Составление плана урока, который поможет учащимся нанести на карту трибоэлектрический ряд для обычных материалов.
- Статическое электричество А. Генри Суонна, Наука и дети, Vol. 6, № 2, октябрь 1968 г., стр. 28–30. Некоторые классические демонстрации в классе и концепции, которые они демонстрируют.
6, № 2, октябрь 1968 г., стр. 28–30. Некоторые классические демонстрации в классе и концепции, которые они демонстрируют.Исторический
- Фарадей о статическом электричестве, журнал Scientific American, 14 мая 1853 г. Краткий отчет об одной из лекций Майкла Фарадея о статике.
Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.
Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.
Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2018. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.
Подпишитесь на нас
Оцените эту страницу
Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.
Сохранить или поделиться этой страницей
Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:
Цитировать эту страницу
Вудфорд, Крис. (2012/2018) Статическое электричество. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-static-electricity-works.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]
Подробнее на нашем веб-сайте…
- Средства связи
- Компьютеры
- Электричество и электроника
- Энергия
- Машиностроение
- Окружающая среда
- Гаджеты
- Домашняя жизнь
- Материалы
- Наука
- Инструменты и приборы
- Транспорт
↑ Вернуться к началу
9.1 Трение и статическое электричество | Статическое электричество
Случалось ли вам когда-нибудь толкать тележку по магазинам и вдруг ощущать удар током? Или натянул школьную майку через голову и услышал, как она затрещала? Что вызывает эти удары и шумы? Давайте исследовать.
Трение и статическое электричество
- трение
- статическое электричество
- электростатический заряд
- привлечь: притянуть что-то ближе
- оттолкнуть: оттолкнуть что-то
- нейтральный
- разрядка
- земля
- заземление
Эффекты статического электричества окружают нас повсюду, но мы не всегда осознаем это, когда видим или чувствуем их. Или, возможно, у вас было, но вы никогда не понимали, что было причиной этого. Например, вы когда-нибудь испытывали легкий шок, когда в холодный день надевали на голову свитер, или, возможно, вы замечали, что ваши волосы встают дыбом, когда вы касаетесь определенных предметов? Давайте быстро продемонстрируем статическое электричество.
Посмотрите это видео о статическом электричестве, чтобы понять, почему ваши волосы встают дыбом, когда вы их расчесываете или трете о воздушный шарик 
youtube.com/embed/fT_LmwnmVNM»/>
Вы также можете выполнять это упражнение, используя пластиковую расческу, а не воздушные шарики. Или же вы можете использовать кусочки бумаги вместо волос ученика, так как не все волосы будут вести себя следующим образом, если в них есть продукт. Затем вы можете скорее потереть воздушный шар о майку и подобрать бумажки.
МАТЕРИАЛЫ:
- воздушные шары (или пластиковая расческа)
- маленькие кусочки бумаги
ИНСТРУКЦИИ:
Работайте в парах.
Надуйте воздушный шар и завяжите его, чтобы воздух не выходил.
Держите воздушный шар на небольшом расстоянии от волос или листов бумаги. Что ты заметил?
Ничего не происходит.
Потрите волосы шариком.
Теперь держите шарик на небольшом расстоянии от волос или листов бумаги. Что ты видишь?
Волосы должны «подняться» и прилипнуть к шарику, иначе бумажки прилипнут к шарику.
ВОПРОС:
Что вы сделали, чтобы ваши волосы или бумажки прилипли к воздушному шарику?
Энергично потер баллоном.
Давайте рассмотрим повседневный пример статического электричества. Иногда, когда вы расчесываете волосы пластиковой расческой, волосы встают дыбом и издают потрескивающие звуки. Как это произошло?
Вы провели пластиковой расческой по поверхности волос. Когда две поверхности трутся друг о друга, между ними возникает трение . Трение — это сопротивление движению предмета в результате его контакта с другим предметом. Это означает, что когда вы водили пластиковой расческой по волосам, ваши волосы сопротивлялись движению расчески и замедляли его.
Трение между двумя поверхностями может вызвать перенос электронов с одной поверхности на другую.
Чтобы понять, как могут переноситься электроны, нам нужно вспомнить, что мы узнали о структуре атома в последнем термине в «Материи и материалах».
Все атомы имеют ядро, содержащее протоны и нейтроны. Ядро удерживается вместе очень сильной силой, а это означает, что протоны внутри ядра можно считать фиксированными. Атом также содержит электроны. Где расположены электроны в атоме?
Электроны располагаются в пространстве вокруг ядра.
Каков заряд протона?
Положительный заряд.
Каков заряд электрона?
Отрицательный заряд.
Каков заряд нейтрона?
Нейтроны не заряжены. Они нейтральны.
Атом удерживается вместе электростатическим притяжением между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами. Внутри атома электроны, находящиеся ближе всего к ядру, удерживаются сильнее всего, в то время как те, что находятся дальше, испытывают более слабое притяжение.
Обычно атомы содержат одинаковое количество протонов и электронов. Это означает, что атомы обычно нейтральны , потому что они имеют такое же количество положительных зарядов, как и отрицательных зарядов, так что заряды уравновешивают друг друга.
Все объекты состоят из атомов, и поскольку атомы обычно нейтральны, объекты также обычно нейтральны.
Однако, когда мы трёмся друг о друга двумя поверхностями, например, когда вы расчёсываете волосы или трёте о волосы воздушный шар, трение может привести к переносу электронов с одного объекта на другой. Помните, что протоны зафиксированы в ядре и поэтому не могут переноситься между атомами, только электроны могут переноситься на другую поверхность. Некоторые объекты отдают электроны легче, чем другие объекты. Посмотрите на следующую диаграмму, которая объясняет, как это происходит.
Какой объект на диаграмме отдал часть своих электронов?
Волосы.
У этого объекта теперь больше положительных или больше отрицательных зарядов?
Имеет больше положительных зарядов.
Какой объект на диаграмме получил электроны?
Гребень.
У этого объекта теперь больше положительных или больше отрицательных зарядов?
Имеет больше отрицательных зарядов.
Когда в объекте больше электронов, чем протонов, мы говорим, что объект отрицательно заряженный .
Когда в объекте меньше электронов, чем протонов в целом, мы говорим, что объект положительно заряжен .
Взгляните на следующую диаграмму, которая иллюстрирует это.
Итак, мы теперь понимаем перенос электронов, происходящий в результате трения между предметами. Но как это привело к тому, что ваши волосы встали дыбом, когда вы поднесли заряженный шарик к волосам в последнем упражнении? Давайте посмотрим, что происходит, когда противоположно заряженные объекты сближаются.
Это забавная демонстрация того, как одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Если у вас достаточно материалов, позвольте учащимся попробовать это сделать самостоятельно. Если у вас недостаточно материалов, сделайте это в качестве демонстрации, но дайте учащимся возможность немного поиграть.
Сначала потренируйтесь в этом упражнении несколько раз, чтобы убедиться, что метод у вас правильный.
Помните, что очень легко случайно заземлить стержни, поэтому работайте с осторожностью. Лучше всего это будет работать в сухой день. Это будет зависеть от района, в котором вы живете.
На семинаре-мозговом штурме с учителями-добровольцами и учеными в начале 2013 года мы засняли короткую демонстрацию этой задачи, когда группа ее обсуждала. Вы можете просмотреть этот короткий ролик здесь:
МАТЕРИАЛЫ:
- 2 изогнутых стекла для часов
- 2 стержня из плексигласа
- ткань: шерсть или нейлон
- пластиковый стержень
- маленькие кусочки рваной бумаги
ИНСТРУКЦИИ:
Положите на стол вверх дном часовое стекло.
Установите второе часовое стекло вертикально на первое часовое стекло.
Энергично потрите один из плексигласовых стержней тканью.
Сбалансируйте плексигласовый стержень на верхней части часового стекла.
Энергично протрите второй стержень из плексигласа той же тканью.
Поднесите второй стержень из плексигласа к первому стержню из плексигласа. Что, по вашему мнению, происходит?
Второй стержень из плексигласа должен отталкивать первый, так как у них одинаковые заряды, поэтому учащиеся должны увидеть, как второй стержень «толкает» первый по кругу.
Возможно, вам придется снова потереть первый плексигласовый стержень между попытками, так как заряд рассеивается.
Повторите упражнение, но вместо второго плексигласового стержня используйте пластиковый стержень. Что, по вашему мнению, происходит?
Теперь стержни имеют противоположные заряды, поэтому второй стержень должен «тянуть» другой стержень по кругу.
Затем поднесите палочку, которую вы натерли, к маленьким кусочкам рваной бумаги, лежащим на столе. Что вы наблюдаете?
Учащиеся должны уметь поднимать листы бумаги заряженным стержнем.
ВОПРОСЫ:
Что произошло, когда вы поднесли второй стержень из плексигласа близко к первому стержню из плексигласа?
Когда стержни одинаковые (т.е. оба плексигласовые), то первый стержень должен отойти от второго и верхнее часовое стекло будет вращаться по кругу.
Что произошло, когда вы поднесли пластиковый стержень к первому плексигласовому стержню?
При использовании двух разных материалов первый стержень должен двигаться к пластиковому стержню, а часовое стекло поворачивается по кругу к пластиковому стержню.
Что произошло, когда вы поднесли пластиковый стержень близко к кусочкам бумаги?
Кусочки бумаги притянулись к пластиковому стержню.
Когда мы натирали стержни из плексигласа тканью, электроны переносились с плексигласа на ткань. Какой заряд теперь имеют стержни из плексигласа?
Положительный заряд.
Оба плексигласовых стержня теперь имеют одинаковый заряд .
Вы замечали, что объекты с одинаковым зарядом стремятся оттолкнуть друг друга? Мы говорим, что они отталкивают друг друга.
Когда мы натирали пластиковый стержень тканью, электроны переносились с ткани на пластиковый стержень. Какой заряд теперь имеет пластиковый стержень?
Отрицательный заряд.
Стержень из плексигласа и пластиковый стержень теперь имеют напротив зарядов . Вы замечали, что объекты с разным зарядом притягиваются друг к другу? Мы говорим, что они притягивают друг к другу .
В примере, когда листы бумаги притягиваются к линейке, бумага изначально нейтральна. Однако по мере приближения отрицательно заряженного пластикового стержня электроны в бумаге, ближайшие к стержню, начнут удаляться, оставляя после себя положительный заряд на поверхностях бумаги, ближайших к стержню. Таким образом, бумага притягивается к стержню, потому что противоположные заряды притягиваются. Другим примером является пыль, которая притягивается к только что отполированным стеклам.
Узнайте больше с симуляцией натирания воздушных шаров и джерси. http://phet.colorado.edu/en/simulation/balloons
Теперь мы рассмотрели фундаментальное поведение зарядов.
Подводя итог, мы можем сказать:
- Если два отрицательно заряженных объекта сблизить, они будут отталкиваться друг от друга.
- Если два положительно заряженных объекта сблизить, они будут отталкиваться друг от друга.
- Если положительно заряженный объект приблизить к отрицательно заряженному объекту, они будут притягиваться друг к другу.
Помните, одинаковых зарядов отталкиваются, и противоположные заряды притягиваются.
Теперь вы понимаете, почему ваши волосы поднимаются и притягиваются к воздушному шару после того, как вы потираете воздушный шарик о волосы? Напишите краткое описание, чтобы объяснить происходящее, используя слова: электроны, перенос, отрицательный заряд, положительный заряд, напротив, притягивать, отталкивать.
При трении волос шариком электроны переносятся с волоса на шарик. Воздушный шар теперь имеет отрицательный заряд, а волосы — положительный. У них противоположные заряды, поэтому, когда воздушный шар снова приближается к волосам, они притягиваются друг к другу. Поскольку каждая прядь волос имеет положительный заряд, подобные заряды отталкиваются, а пряди волос отталкиваются друг от друга, что также заставляет их подниматься вверх.
Противоположности притягиваются и отталкиваются (видео)
Искры, удары и заземление
- легковоспламеняющиеся
- зажечь
Большое накопление заряда на объекте может быть опасным. Когда электроны переходят от заряженного объекта к нейтральному объекту, мы говорим, что заряженный объект разряжен.
Разрядка может произойти, когда объекты соприкасаются друг с другом.
Но электроны также могут переходить от одного объекта к другому, когда их подносят близко, но не касаются. Когда электроны движутся через воздушный зазор, они могут нагревать воздух достаточно, чтобы заставить его светиться. Свечение называется искра .
Искры могут быть безвредными, но они также могут быть очень опасными. Искры могут привести к воспламенению материалов или воспламенению . Вы, наверное, замечали, что нельзя курить сигареты или использовать открытый огонь возле бензобаков на заправочных станциях. Это связано с тем, что пары бензина очень взрывоопасны, и для их возгорания требуется лишь небольшое количество тепла. Небольшой электростатической искры достаточно, чтобы воспламенить легковоспламеняющиеся пары бензина.
Видео, показывающее опасность искр статического электричества на заправочной станции.
В этом видео в блоке для посещений показано, как статическое электричество от протекающего бензина вызывает искру, которая воспламеняет пары бензина и приводит к большому пожару.
Это иллюстрация одной из опасностей статического электричества.
Электростатический разряд также может вызвать поражение электрическим током . Вас когда-нибудь шокировала тележка для покупок, когда вы толкаете ее по магазину? Или вы шли по комнате, покрытой ковром, а затем шокировали себя, когда касались дверной ручки, чтобы выйти из комнаты? Вы испытали электрический разряд. Электроны движутся от дверной ручки к вашей коже, и движение электронов вызывает небольшой электрический шок. Небольшие удары током могут быть неприятными, но в основном безвредными. Сильные удары электрическим током чрезвычайно опасны и могут привести к травмам и смерти.
Моделирование трения между ковром и ногой Джона Траволты. http://phet.colorado.edu/en/simulation/travoltage
Разряд электронов от заряженных объектов происходит намного легче, когда воздух сухой, поэтому в сухую погоду вы с большей вероятностью испытаете электростатические искры или удары током. . Это связано с тем, что во влажную погоду влага из воздуха может собираться на поверхности предметов и препятствовать накоплению электрического заряда.
Заряд рассеивается через влагу, которая является лучшим проводником, чем воздух.
Знаете, где еще можно увидеть искры из-за статического электричества? Посмотрите на фото для подсказки!
Молния — это огромный электростатический разряд.Во время грозы в атмосфере возникает трение между частицами, из которых состоят облака, что приводит к накоплению заряженных областей. Как только разница в заряде между двумя областями становится достаточно большой, становится возможным электростатический разряд. Вспышка молнии — это массивный разряд между заряженными областями внутри облаков или между облаками и Землей.
Молнии могут двигаться со скоростью около 210 000 км/ч и нагреваться до 30 000 °C.
Как выжить при ударе молнии.
Чтобы безопасно отводить лишние электроны от объекта, мы должны его заземлить. Заземление означает, что мы соединяем заряженный объект с землей (Землей) с помощью электрического проводника.
Дополнительные электроны перемещаются по проводнику и попадают в землю, не причиняя никакого вреда. Земля настолько велика, что дополнительный заряд не имеет общего эффекта.
Например, подумайте о металлических тележках в торговых центрах. Вы когда-нибудь замечали, что у них обычно внизу висит металлическая цепь, которая волочит по полу? Это необходимо для заземления тележки, если она получает заряд, чтобы заряд не мог накапливаться на тележке. Это защищает человека, толкающего тележку, от удара током.
ИНСТРУКЦИИ:
- Используйте Интернет, школьную или общественную библиотеку, чтобы найти информацию о практическом применении статического электричества.
- Исследуйте один полезный эффект статического электричества и одну проблему, вызванную статическим электричеством.
- Напишите короткий абзац, объясняющий ваше исследование.
Существует множество различных полезных и вредных эффектов статического электричества.
Вот несколько примеров.
- полезно: воздушные фильтры удаляют частицы дыма; окраска распылением; ксерокопирование
- проблемы: пыль на экранах телевизоров и компьютеров; повреждение электронного оборудования
Сейчас мы рассмотрим два прибора, демонстрирующих статическое электричество.
Генератор Ван-де-Граафа
Если у вас нет генератора Ван-де-Граафа, вы можете использовать представленные здесь видеоролики, в которых показано и объясняется, как работает генератор. Если у вас есть генератор, то пусть учащиеся «поиграют» с ним, это даст им хорошее представление о воздействии статического электричества. Позвольте учащимся выполнять различные действия, например, заставить их волосы встать дыбом.
Пусть учащиеся держатся за купол, а затем запускают генератор, пока их волосы не встанут дыбом.
Разорвите маленькие кусочки бумаги и положите их на вершину незаряженного купола, запустите генератор, и кусочки зарядятся, а затем улетят из генератора.
Это хороший пример того, как кусочки бумаги заряжаются, а затем, поскольку все они имеют одинаковый заряд, отталкиваются друг от друга.
Генератор Ван де Граафа представляет собой машину, которая использует трение для создания большого количества электрического заряда на металлическом куполе.
Должен ли человек прикасаться к 20 000 Вольт? Перейдите по этой ссылке, чтобы узнать!
Фундаментальная идея использования трения в машине для создания заряда восходит к 17 веку, но генератор был изобретен Робертом Ван де Граафом только в 1929 году в Принстонском университете.
Генератор Ван де Граафа можно использовать для демонстрации эффектов электростатического заряда. Большой металлический купол наверху заряжается положительно при включении генератора. Когда купол заряжен, его можно разрядить, поднеся к куполу другую изолированную металлическую сферу. Электроны прыгнут на купол из металлической сферы и вызовут искру.
Посмотрите это видео, чтобы увидеть, как работает генератор Ван де Граафа
Эти девушки касаются большого купола генератора Ван де Граафа.Вы также можете коснуться купола, и ваши волосы поднимутся. Как вы думаете, почему это происходит?
Когда вы прикасаетесь к положительно заряженному куполу, электроны передаются от вас к куполу, чтобы разрядить его. Это заставляет вас и ваши волосы заряжаться положительно. Затем отдельные пряди волос заряжаются положительно, поэтому они отталкиваются друг от друга и встают дыбом.
Электроскоп
Электроскоп — это ранний научный инструмент, используемый для определения наличия заряженного объекта или для определения типа заряда на заряженном объекте.
Электроскоп, используемый в лаборатории.На следующих изображениях показаны некоторые чертежи различных типов электроскопов.
Ранний пример электроскопа с одной золотой полоской внизу и шариком вверху.
Еще один пример электроскопа с диском вверху и двумя полосками золотой фольги внизу.Электроскоп состоит из заземленного металлического ящика со стеклянными окнами. Вниз свисает металлический стержень, на конце которого прикреплены две полоски тонкой золотой фольги. Диск или шар прикреплен к верхней части металлического стержня, как показано на рисунках выше. Когда к металлическому шару или диску наверху прикасается заряженный предмет или к нему приближается заряженный предмет, полоски золотой фольги расходятся, указывая на то, что предмет имеет заряд.
Посмотрите на следующую иллюстрацию, которая показывает, как это работает.
Положительно заряженный стержень притягивает к диску электроны от полосок золотой фольги. Диск наверху становится отрицательно заряженным, а полоски золотой фольги внизу становятся положительно заряженными. Почему полоски золотой фольги расходятся?
Они расходятся, так как теперь оба имеют положительный заряд, а положительные заряды отталкиваются.
Вы можете сделать простой электроскоп из повседневных предметов. Давай попробуем.
Если вы не можете найти стеклянные банки с крышками, то можно сделать крышки. Используйте старые пластиковые крышки для ванн и вырежьте круг такого же размера, как отверстие стеклянной банки. Затем используйте изоленту (или даже малярный скотч), чтобы закрепить пластиковую крышку над отверстием банки.
Медь не обязательно должна быть 14 калибра, но чем толще кусок, тем лучше он держит форму.
Подробные инструкции и видеоролики можно найти в Интернете. Попробуйте видео в поле «Посетить», чтобы получить отличное описание метода.
Сделайте свой собственный электроскоп (видео)
МАТЕРИАЛЫ:
- стеклянная банка с крышкой
- Медная проволока 14 калибра, длина около 12 см
- пластиковая соломинка или пластиковая трубка
- 2 небольших кусочка алюминиевой фольги
- кусок шерстяной ткани
- пластиковая линейка
- стеклянная палочка
ИНСТРУКЦИИ:
- Скрутите один конец медной проволоки в виде спирали. Это увеличит площадь его поверхности.
- Проделайте отверстие в крышке банки и проденьте в него небольшой кусок пластиковой трубки.
- Проденьте другой конец медной проволоки через соломинку так, чтобы спиральный конец находился снаружи крышки.
- Сделайте крючок из острого конца медной проволоки.
- Отрежьте две прямоугольные полоски из алюминиевой фольги.
- Наденьте каждый кусок алюминиевой фольги на крючок. Сделайте небольшое отверстие в алюминиевой фольге, чтобы она могла висеть на крючке.
- Осторожно вставьте крючок медной проволоки в стеклянную банку и закройте банку.
- Потрите линейку шерстяной тканью в течение минуты.
- Поднесите линейку к спиральному концу медной проволоки.
Это увеличит площадь его поверхности.ВОПРОСЫ:
Что вы заметили, поднеся линейку близко к медному проводу?
Два куска алюминиевой фольги разошлись.
Что произойдет, если отодвинуть линейку от медного провода?
Кусочки алюминиевой фольги собираются вместе.
Почему куски алюминиевой фольги расходятся? Когда вы протирали пластиковую линейку шерстяной тканью, линейка заряжалась отрицательно. Когда отрицательно заряженную линейку подносят близко к медному проводу, электроны на проводе отталкиваются вниз к алюминиевой фольге. На кусочках алюминиевой фольги появляются дополнительные электроны, и они оба становятся отрицательно заряженными. Два отрицательно заряженных объекта будут отталкиваться друг от друга, поэтому кусочки алюминиевой фольги отдаляются друг от друга.
Следующий вопрос является проверкой понимания учащимися того факта, что положительные заряды не движутся, вызывая зарядку, двигаться могут только электроны. Но положительно заряженный объект может двигаться. Учащиеся часто путаются в этом. Дайте им возможность самим обдумать ответ. Позвольте им поднести положительно заряженный объект к электроскопу, чтобы наблюдать, что происходит, а затем попытаться выяснить, почему эффект кажется таким же.
Если натереть стеклянную палочку шерстяной тканью, на стеклянной палочке появится положительный заряд.
Напишите короткий абзац, чтобы объяснить, что произойдет, если поднести к электроскопу положительно заряженный предмет.
Когда положительно заряженный объект приближается к электроскопу, отрицательные электроны притягиваются к положительно заряженному объекту и движутся вверх по медному проводу. Это означает, что кусочки алюминия потеряли часть электронов и поэтому имеют общий положительный заряд. Оба куска алюминиевой фольги заряжаются положительно. Одноименные заряды отталкиваются друг от друга, поэтому кусочки алюминиевой фольги расходятся.
Сводка
- Объекты обычно нейтральны, потому что они имеют одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов.
- Предметы могут стать отрицательно или положительно заряженными, когда трение (трение) приводит к переносу электронов между объектами.
- Протоны и нейтроны не могут переноситься, только электроны могут переноситься трением.
- Если в объекте больше электронов, чем протонов, то он заряжен отрицательно.
- Если в объекте меньше электронов, чем протонов, то он заряжен положительно.
- Одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, т.е. отрицательные отталкиваются отрицательные; позитив отталкивает позитив.
- Противоположные заряды притягиваются друг к другу, т.е. отрицательный притягивает положительный; позитив притягивает негатив.
- Разряд электронов от заряженного объекта может вызвать искры или разряды статического электричества, особенно при сухом воздухе.
Концептуальная карта
Заполните следующую концептуальную карту, чтобы обобщить то, что вы узнали в этой главе о заряде и статическом электричестве.
Версия для учителя
Закончите следующие предложения.
Просто напишите пропущенное слово в строке ниже.
Говорят, что объект, который имеет отрицательный заряд, содержит _________ электронов, чем протонов. [1 балл]
Говорят, что объект, который имеет отрицательных зарядов, имеет на больше электронов, чем протонов.
Говорят, что объект, который имеет положительный заряд , содержит _________ электронов, чем протонов. [1 балл]
Говорят, что объект, который имеет положительных зарядов, имеет на меньше электронов, чем протонов.
Сара расчесывает волосы пластиковой расческой. Гребень становится отрицательно заряженным. Гребень заряжен отрицательно, потому что гребень имеет: [1 балл]
- получили электроны
- получили протоны
- потерянных электронов
- потерянных протонов
Ответ а.
Полоска из плексигласа была протерта тканью и стала положительно заряженной. Правильное объяснение того, почему плексигласовый стержень становится положительно заряженным, таково: [1 балл]
- плексигласовый стержень получил дополнительные протоны из ткани.
- стержень из плексигласа получил дополнительные протоны из-за трения. В результате трения образовалось
- протонов.
- плексигласовый стержень отдавал электроны ткани из-за трения.
Ответ d.
Посмотрите на следующие изображения в таблице. Перерисуйте изображения во втором столбце, чтобы показать, как будут двигаться сферы из-за характера зарядов. Напишите объяснение в последней колонке. [6 баллов]
Заряженные сферы | Нарисуйте, как будет двигаться y | Пояснение |
3 балла за каждый из сценариев, 1 балл за рисунок и 2 балла за объяснение.
Заряженные сферы | Нарисуйте, как будет двигаться y | Пояснение |
Учащиеся должны нарисовать сферы, движущиеся навстречу друг другу. | Сферы имеют противоположные заряды, которые притягиваются, поэтому они движутся навстречу друг другу. | |
Учащиеся должны нарисовать сферы, удаляющиеся друг от друга. | Сферы имеют одинаковый положительный заряд и одноименные заряды отталкиваются, поэтому они удаляются друг от друга. |
Заполните таблицу, рассчитав общую стоимость каждого объекта. Покажите свои расчеты. Укажите, является ли объект положительно заряженным, отрицательно заряженным или нейтральным и почему. [9 баллов]
Объект | Общий заряд | Почему он положительный, отрицательный или нейтральный? |
По 3 балла за каждый из объектов, 1 балл присуждается за расчет и 2 балла за объяснение.
Объект | Общий заряд | Почему он положительный, отрицательный или нейтральный? |
Заряд = 4 + (-4) = 0 | Он нейтрален, так как имеет одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. | |
Заряд = 3 + (-6) = -3 | Он заряжен отрицательно, так как отрицательных зарядов на 3 больше, чем положительных. | |
Заряд = 7 + (-3) = 4 | Он заряжен положительно, так как положительных зарядов на 4 больше, чем отрицательных. |
Линейка на этом фото была протерта тканью. Опишите, что происходит на этой фотографии и почему. [4 балла]
Что происходит? Протирание линейки тканью приводит к переносу электронов с ткани на линейку, поэтому линейка теперь имеет избыток электронов и отрицательно заряжена. Бумажки нейтральны. Когда отрицательно заряженную линейку подносят к кусочкам бумаги, они притягиваются к линейке, поскольку электроны движутся по бумаге из-за большого заряда линейки. Электроны будут удаляться от линейки, оставляя положительный заряд на бумаге рядом с линейкой, поэтому они притягиваются.
Иногда, когда вы толкаете тележку, вы можете получить небольшой удар. Объясните, почему это произойдет. [2 балла]
Трение между полом и колесами тележки вызывает накопление заряда на тележке. Заряд заземляется вашим телом, вызывая шок.
Почему ваша футболка издает хруст, когда вы натягиваете ее через голову? [2 балла]
Когда вы натягиваете майку через голову, трение приводит к тому, что майка и ваши волосы заряжаются. Движение электронов от ваших волос к майке высвобождает энергию в виде света и звука.
Почему грузовики, перевозящие бензин, во время движения волочат по дороге короткую металлическую цепь? [2 балла]
Когда грузовик движется, движение бензина в баке вызывает накопление заряда, что может вызвать опасную искру, когда топливо выливается. Цепь заземляет бак. Избыток заряда в баке может рассеяться на дорогу.
Как вы думаете, к чему прикасаются эти две девушки слева на фото? Объясните свой ответ и что с ними происходит.
