Электростатическое электричество: что это такое, польза и вред статического напряжения

что это такое, польза и вред статического напряжения

Понятие о статическом электричестве знакомо всем из школьного курса физики. Статическое электричество возникает в процессе появления зарядов на проводниках, поверхностях различных предметов. Появляются они в результате трения, возникающего при соприкосновении предметов.

Что это такое — статическое электричество

Все вещества состоят из атомов. В атоме находится ядро, вокруг которого расположены в одинаковом количестве электроны и протоны. Они способны перемещаться из одного атома в другой. При движении формируются отрицательные и положительные ионы. Их дисбаланс приводит к тому, что возникает статика. Статический заряд протонов и электронов в атоме одинаков, но имеет разную полярность.

Статика появляется в быту. Статический разряд может происходить при низких токах, но высоких напряжениях. Опасности для людей в этом случае нет, но разряд опасен для электроприборов. Во время разряда страдают микропроцессоры, транзисторы и другие элементы схемы.

Причины возникновения статистического электричества

Возникает статика при следующих состояниях:

• контакте или удалении друг от друга двух разных материалов;
• резких перепадах температуры;
• радиации, УФ-излучении, рентгеновских лучах;
• работе бумагорезательной машины и раскроечных станков.

Статика часто возникает во время грозы или перед ней. Грозовые облака при движении по воздуху, насыщенному влагой, образуют статическое электричество. Разряд происходит между облаком и землей, между отдельными облаками. Устройство молниеотводов помогает провести заряд в землю. Грозовые облака создают электрический потенциал на металлических предметах, вызывающих легкие удары при прикосновении к ним. Для человека удар не опасен, но мощная искра способна вызвать возгорание некоторых предметов.

Каждый житель неоднократно слышал треск, который раздается при снятии одежды, удар от прикосновения к автомобилю. Это является следствием появления статики. Электроразряд чувствуется при нарезании бумаги, расчесывании волос, при переливании бензина. Свободные заряды сопровождают человека везде. Использование различных электрических устройств увеличивает их появление. Они возникают при пересыпании и измельчении твердых продуктов, перекачивании или переливании горючих жидкостей, при перевозке их в цистернах, при сматывании бумаги, тканей и пленки.

Заряд появляется в результате электрической индукции. На металлических корпусах автомобилей в сухое время года создаются большие электрические заряды. Экран телевизора или монитор компьютера способен заряжаться от воздействия луча, создаваемого в электронно-лучевой трубке.

Вред и польза от статистического электричества

Статический заряд пытались использовать многие ученые и изобретатели. Создавались громоздкие агрегаты, польза от которых была низкой. Полезным оказалось открытие учеными коронного разряда. Он широко используется в промышленности. С помощью электростатического заряда красят сложные поверхности, очищают газы от примесей. Все это хорошо, но существуют и многочисленные проблемы. Электроудары бывают большой мощности. Они способны иногда поражать человека. Это случается и дома, и на рабочем месте.

Вред статического электричества проявляется в ударах разной мощности при снятии синтетического свитера, при выходе из автомобиля, включении и выключении кухонного комбайна и пылесоса, ноутбука и микроволновой печи. Эти удары могут оказаться вредными.

Возникает статическое электричество, которое сказывается на работе сердечно-сосудистой и нервной систем. От него следует защищаться. Сам человек тоже часто является переносчиком зарядов. При соприкосновении с поверхностями электроприборов происходит их электризация. Если это контрольно-измерительный прибор, дело может окончиться его поломкой.

Ток разряда, принесенного человеком, своим теплом разрушает соединения, разрывает дорожки микросхем, уничтожает пленку полевых транзисторов. В результате схема приходит в негодность. Чаще всего это происходит не сразу, а на любом этапе в процессе работы инструмента.

На предприятиях, обрабатывающих бумагу, пластмассу, текстиль, материалы часто ведут себя неправильно. Они склеиваются друг с другом, прилипают к различным видам оборудования, отталкиваются, собирают много пыли на себя, наматываются неправильно на катушки или бобины. Виной этого является возникновение статического электричества. Два одинаковых по полярности заряда отталкиваются друг от друга. Иные, один из которых заряжен положительно, а другой — отрицательно, притягиваются. Так же ведут себя и заряженные материалы.

На полиграфических предприятиях и в других местах, где используются в работе легковоспламеняющиеся растворители, возможно возникновение пожара. Это происходит в тех случаях, когда на операторе надета обувь с токонепроводящей подошвой, а оборудование не имеет правильного заземления. Способность возгорания зависит от следующих факторов:

• типа разряда;
• мощности разряда;
• источника статического разряда;
• энергии;
• наличия поблизости растворителей или других горючих жидкостей.

Разряды бывают искровыми, кистевыми, скользящими кистевыми. От человека исходит искровой разряд. Кистевой возникает на заостренных частях оборудования. Энергия его настолько мала, что он практически не вызывает угрозы пожара. Кистевой разряд скользящий возникает на листовых синтетических, а также на рулонных материалах с разными зарядами на каждой стороне полотна. Опасность он представляет такую же, как искровой разряд.

Поражающая способность — главный вопрос для специалистов по технике безопасности. Если человек держится за бобину и сам находится в зоне напряжения, его тело тоже зарядится. Для снятия заряда нужно обязательно прикоснуться к заземлению или к заземленному оборудованию. Только тогда заряд уйдет в землю. Но человек при этом получит сильный или слабый электрический удар. В результате происходят рефлекторные движения, которые иногда приводят к травме.

Длительное пребывание в заряженной зоне приводит к раздражительности человека, к снижению аппетита, ухудшению сна.

Пыль из производственного помещения удаляется с помощью вентиляции. Она скапливается в трубах и может воспламениться от статистического искрового разряда.

Как снять статическое электричество с человека

Самое простейшее средство защиты от него — заземление оборудования. В условиях производства используются для этой цели экраны и иные приспособления. В жидких веществах применяются специальные растворители и присадки. Активно используются антистатические растворы. Это вещества с низкой молекулярной массой. Молекулы в антистатике легко перемещаются и вступают в реакцию с влагой, содержащейся в воздухе. За счет этой характеристики с человека снимается статика.

Если обувь оператора на токонепроводящей подошве, он должен обязательно прикоснуться к заземлению. Тогда уход статического тока в землю нельзя будет остановить, но человек получит сильный или слабый удар. Действие статического тока мы чувствуем после ходьбы по коврам и паласам. Удары током получают водители, выходящие из машины. От этой проблемы избавиться легко: достаточно прикоснуться к двери рукой, сидя на месте. Заряд стечет в землю.

Хорошо помогает проведение ионизации. Делается это с помощью антистатической планки. Она имеет много иголок из специальных сплавов. Под действием тока в 4-7кВ воздух вокруг разлагается на ионы. Используются и воздушные ножи. Они представляют собой антистатическую планку, через которую вдувается воздух и очищает поверхность. Заряды статики активно образуются при разбрызгивании жидкостей, обладающих диэлектрическими свойствами. Поэтому для снижения действия электронов нельзя допускать падающей струи.

Желательно использовать антистатический линолеум на полу и чаще проводить уборку с помощью средств бытовой химии. На предприятиях, связанных с обработкой тканей или бумаги, проблему избавления от статики решают смачиванием материалов. Повышение влажности не дает накапливаться вредному электричеству.

Чтобы снять статику, необходимо:

• увлажнять воздух в помещении;
• обрабатывать ковры и паласы антистатиками;
• протирать сиденья в машине и в комнатах антистатическими салфетками;
• чаще увлажнять кожу на себе;
• отказаться от синтетической одежды;
• носить обувь на кожаной подошве;
• предотвращать появление статики на белье после стирки.

Хорошо увлажняют атмосферу комнатные цветы, кипящий чайник, специальные приспособления. Антистатические составы продаются в магазинах бытовой химии. Они распыляются над ковровой поверхностью. Можно изготовить антистатик самостоятельно. Для этого берут смягчитель ткани (1 колпачок), выливают в бутылку. Затем емкость наполняется чистой водой, которую разбрызгивают над поверхностью ковра. Салфетки, смоченные антистатиком, нейтрализуют заряды на обивке сидений.

Увлажнение кожи производится лосьоном после душа. Руки протираются несколько раз в день. Следует поменять одежду на натуральную. Если она заряжается, обработать антистатиками. Рекомендуется носить обувь с кожаной подошвой или ходить по дому босиком. Перед стиркой желательно насыпать на одежду ¼ стакана соды (пищевой). Она снимает разряды электричества и смягчает ткань. При полоскании белья можно добавить в машину уксус (¼ стакана). Сушить белье лучше на свежем воздухе.

Все перечисленные меры помогают нейтрализовать статические проблемы.

Что такое статическое электричество — Лайфхакер

Откуда берётся статическое электричество

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

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

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

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

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

Как проявляется статическое электричество

1. Электрический разряд

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

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

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

2. Притягивание предметов

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

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

3. Отталкивание предметов

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

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

Чем может быть опасно статическое электричество

Это явление способно привести к ряду опасных последствий.

1. Воспламенение

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

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

.

2. Производственные нарушения

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

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

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

3. Удар молнии

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

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

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

Как избежать появления статического электричества

1. Повышайте влажность

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

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

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

2. Применяйте натуральные материалы

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

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

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

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

3. Используйте заземление

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

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

Антистатический браслет / aliexpress.com

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

Читайте также 🧐

возникновение и способы защиты, сколько вольт

С проявлениями статического электричества легко столкнуться в повседневной жизни: при быстром снятии свитера, хождении по ковру в шерстяных носках, при использовании автомобиля. Образуемый в быту заряд неприятен, но не опасен для человека, а промышленности же статика может привести в пожару или взрыву.

Что это такое

Со статическим электричеством знакомы все люди. Это совокупность явлений, которые связаны с возникновением, сохранением и свободного накопления электрического заряда. Последний возникает на поверхности диэлектрика, который плохо проводит ток, или на изолированным проводнике, не имеющим доступ к постоянному току.

В Быту со статическим электричеством сталкивались все

Появление статического электричества связано с отсутствием перемещения заряда. Свободно передвигающиеся по проводнику электрические заряды являются электрический током. Если же эти заряды останавливаются в одном месте, это называется статическим электричеством.

В любом веществе положительные и отрицательные частицы атомов находятся в равновесии, их количество равно. При этом отрицательно заряженные электроны могут перемещаться между атомами, формирую положительный или отрицательный заряд. Это способствует формированию статического нестабильного электрического поля.

Статика неприятна, но не опасна

Важно! О статическом электричестве, его возникновении и способах защиты сказано в ГОСТе 17.1.018-79.

Сколько вольт в статическом напряжении

Сила разряда и характеристика статического напряжения может быть разной. Человек может ощущать разряд свыше 3 тысяч Вольт, увидеть искры можно от 5 тысяч Вольт, накапливать в теле можно до 10 тысяч.

Иногда энергия заряда достигает 1,4 джоулей, чего достаточно для поджигания горючих газов и жидкостей, но это происходит только на производстве.

Как получить

В домашних условиях получить статическое электричество несложно:

1. Необходимо надеть сухие чистые носки из шерсти (желательно предварительно нагреть их на батарее) и пройти по нейлоновому ковру, не отрывая ног. Сильно шаркать не стоит, так как разрядка произойдет быстрее, чем нужно. Для получения заряда необходимо прикоснуться к металлическому предмету или человеку;

Проще всего пошаркать ногами в носках по ковру

Важно! При проверке не стоит касаться электроники, так как заряд может повредить чипам — статистически эта причина почти 40% поломок .

1. Необходимо взять воздушный шарик (не из фольги) и надуть его. Затем взять шерстяной предмет и потереть шарик 10 секунд. Также можно приложить шарик к голове и потереть о волосы. Для проверки нужно поднести шарик к пустой алюминиевой банке, лежащей на боку: если она начала откатываться, заряд скопился. Для разрядки нужно потереть шарик о металл несколько секунд;
2. Для более наглядной демонстрации и проверки заряда можно сделать специальный электроскоп. Потребуется взять стакан из вспененного полистирола, проделать в нижней части 2 отверстия и продеть через них трубочку так, чтобы оба ее конца находились снаружи. К верхнему краю нужно прикрепить при помощи скотча 4 небольших глиняных шарика на равном расстоянии друг от друга, перевернуть стакан и поставить вверх дном в центр алюминиевого противня. Далее нужно взять кусочек алюминия и скатать из него шарик, отрезать нитку (ее длина должна быть в 2-3 раза больше, чем высота от края соломинки до противня) и привязать к ней шарик. Второй конец нужно привязать к обоим концам трубочки, поправить последнюю так, чтобы алюминиевый шарик свисал почти до противня, но не прикасался к нему. Если поднести к шарику заряженный шарик, шарик потянется за ним.

Еще один способ — потереть надутый шарик о волосы

Причины возникновения

На молекулярном уровне напряжение возникает при столкновении поверхностей из разных материалов, когда ионы и электроны с поверхностей начинают перераспределяться. Чем больше площади поверхностей и прилагаемые усилия, тем выше степень электризации.

Главная причина возникновения заряда — трение

Существует несколько причин возникновения и накапливания электростатического напряжения:

1. Контакт (трение, наматывание, разматывание) 2 различных материалов с последующим отдалением: например, трение шерстяной ткани о резиновый шарик;
2. Резкие перепады температур;
3. Сухой воздух: при влажности более 80% статическое электричество не образуется, так как вода хорошо проводит ток;
4. Наличие радиации, рентгеновских лучей или УФ-излучения;
5. Образуется заряд и при работе некоторых бумажных станков: при раскрое или резке;
6. Статика может возникнуть перед или во время грозы. Разряд возникает между 2 облаками или между облаком и землей, при попадании молнии в громоотвод электричество уходит в почву.

Наглядный пример статического напряжения — гроза

Область применения

Применять статическую электроэнергия в быту пока что не научились — слишком сложный и опасный процесс получения. Многие приборы, работающие на силе трения, применяются только для показа опытов.

Намного чаще статика применяется на производстве: при покраске поверхностей, очищении от пыли примесей, создании ворса и т.д.

Какая опасность статического напряжения

Главная опасность заключается в неконтролируемом ударе током. В быту это практически неопасно: например, при снятии шерстяного свитера человека ударит током, но сила этого заряда будет крайне мала.

При длительном нахождении в электрическом поле повышенной напряженности у человека могут начаться проблемы со здоровьем: головные боли, нарушение сна, раздражительность, нарушение работы сердечно-сосудистой и нервной систем.

Достаточно сильный разряд может привести к пожару

Намного выше опасность статического напряжения на производстве и при перевозке легковоспламеняемых веществ: при сильном разряде они могут взорваться или загореться. Например, в вентиляции и вытяжке может скопиться пыль из диэлектрического материала, который легко вспыхивает и разгорается из-за постоянной подачи воздуха. При перевозке электричество может скапливаться при перекачке или сливе жидкостей, даже за счет плескания при езде.

Важно! В домашних условиях полезно «заземляться», например, ходить босиком.

Меры безопасности

В бытовых условиях защититься от статики можно при помощи следующих мер:

1. Увлажнять воздух и каждый день проветривать комнаты;
2. Регулярно проводить влажную уборку, чтобы уменьшить количество пыли, и использовать специальные антистатические щетки;

Использование щетки позволяет снять скопившееся напряжение

1. По возможности использовать мебель из материалов, снимающих статику: специальный линолеум, дерево;
2. Не гладить животных при слишком сухом воздухе, расчесываться деревянными или металлическими щетками — пластик сильно электризуется;
3. Использовать для одежды антистатические спреи, шерстяные вещи снимать медленно для уменьшения трения;
4. На днище автомобиля необходимо наклеить антистатическую полосу для снижения образования статики.

На производстве снизить электростатическое напряжение можно, уменьшив скорость работы, используя специальные материалы и заземление. Также по ГОСТу энергия накопления заряда на поверхности предметов не должна превышать 40% от наименьшей энергии загорания.

На производстве должны быть приняты меры предосторожности

Статическое электричество многие считают неопасным, хоть и не особо приятным. Однако все зависит от силы заряда: в промышленности или при перевозке большого количества горючих жидкостей накопившийся разряд может быть очень сильным и привести к пожару.

Статическое электричество — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Волосы ребёнка наэлектризовались от трения.

Стати́ческое электри́чество — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объёме диэлектриков или на изолированных проводниках^[1].

Происхождение

Электризация диэлектриков трением может возникнуть при соприкосновении двух разнородных веществ из-за различия атомных и молекулярных сил (из-за различия работы выхода электрона из материалов). При этом происходит перераспределение электронов (в жидкостях и газах ещё и ионов) с образованием на соприкасающихся поверхностях электрических слоёв с равными знаками электрических зарядов. Фактически атомы и молекулы одного вещества, обладающие более сильным притяжением, отрывают электроны от другого вещества, создавая вихревое движение ионов среды, в которой они заключены.

Полученная разность потенциалов соприкасающихся поверхностей зависит от ряда факторов — диэлектрических свойств материалов, значения их взаимного давления при соприкосновении, влажности и температуры поверхностей этих тел, климатических условий. При последующем разделении этих тел каждое из них сохраняет свой электрический заряд, а с увеличением расстояния между ними за счёт совершаемой работы по разделению зарядов, разность потенциалов возрастает и может достигнуть десятков и сотен киловольт.

Электрические разряды могут образовываться вследствие некоторой электропроводности влажного воздуха. При влажности воздуха более 85 % статическое электричество практически не возникает.

Статическое электричество в быту

Статическое электричество широко распространено в обыденной жизни. Если, например, на полу лежит ковер из шерсти, то при трении об него человеческое тело может получить отрицательный электрический заряд, в то время как ковёр получит положительный. Другим примером может служить электризация пластиковой расчески, которая после причёсывания получает минус-заряд, а волосы получают плюс-заряд. Накопителем минус-заряда нередко являются полиэтиленовые пакеты, полистироловый пенопласт. Накопителем плюс-заряда может являться сухая полиуретановая монтажная пена, если её сжать рукой.

Когда человек, тело которого наэлектризовано, дотрагивается до металлического предмета, например, трубы отопления или холодильника, накопленный заряд моментально разрядится, а человек почувствует лёгкий удар током.

Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Даже простое расчёсывание волос в сухой день может привести к накоплению статического заряда с напряжением в десятки тысяч вольт, однако ток его освобождения будет настолько мал, что его зачастую невозможно будет даже почувствовать. Именно низкие значения тока не дают статическому заряду нанести человеку вред, когда происходит мгновенный разряд.^[2]

С другой стороны, такие напряжения могут быть опасны для элементов различных электронных приборов — микропроцессоров, транзисторов и т. п. Поэтому при работе с радиоэлектронными компонентами рекомендуется принимать меры по предотвращению накопления статического заряда.

Молнии

В результате движения воздушных потоков, насыщенных водяными парами, образуются грозовые облака, являющиеся носителями статического электричества. Электрические разряды образуются между разноименными заряженными облаками или, чаще, между заряженным облаком и озоновым слоем земли, с последующим разрядом на землю. При достижении критической разности потенциалов происходит разряд молнии между облаками, на земле или в околокосмическом слое планеты. Для защиты от молний устанавливаются молниеотводы, проводящие разряд напрямую в землю.

Помимо молний, грозовые облака могут вызывать на изолированных металлических предметах опасные электрические потенциалы из-за электростатической индукции.

В 1872 году экспедицией под руководством географа Генри Ганнетта^[en] была покорена 13-я по высоте гора штата Монтана (США)^[en]. Ей дали название Электрический пик, так как у первопроходцев-покорителей, находящихся на вершине, после грозы начали сыпаться искры из пальцев рук и волос на голове^[3][4][5].

См. также

Примечания

Ссылки

Статическое электричество — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Волосы ребёнка наэлектризовались от трения.

Стати́ческое электри́чество — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объёме диэлектриков или на изолированных проводниках^[1].

Происхождение

Электризация диэлектриков трением может возникнуть при соприкосновении двух разнородных веществ из-за различия атомных и молекулярных сил (из-за различия работы выхода электрона из материалов). При этом происходит перераспределение электронов (в жидкостях и газах ещё и ионов) с образованием на соприкасающихся поверхностях электрических слоёв с равными знаками электрических зарядов. Фактически атомы и молекулы одного вещества, обладающие более сильным притяжением, отрывают электроны от другого вещества, создавая вихревое движение ионов среды, в которой они заключены.

Полученная разность потенциалов соприкасающихся поверхностей зависит от ряда факторов — диэлектрических свойств материалов, значения их взаимного давления при соприкосновении, влажности и температуры поверхностей этих тел, климатических условий. При последующем разделении этих тел каждое из них сохраняет свой электрический заряд, а с увеличением расстояния между ними за счёт совершаемой работы по разделению зарядов, разность потенциалов возрастает и может достигнуть десятков и сотен киловольт.

Электрические разряды могут образовываться вследствие некоторой электропроводности влажного воздуха. При влажности воздуха более 85 % статическое электричество практически не возникает.

Статическое электричество в быту

Статическое электричество широко распространено в обыденной жизни. Если, например, на полу лежит ковер из шерсти, то при трении об него человеческое тело может получить отрицательный электрический заряд, в то время как ковёр получит положительный. Другим примером может служить электризация пластиковой расчески, которая после причёсывания получает минус-заряд, а волосы получают плюс-заряд. Накопителем минус-заряда нередко являются полиэтиленовые пакеты, полистироловый пенопласт. Накопителем плюс-заряда может являться сухая полиуретановая монтажная пена, если её сжать рукой.

Когда человек, тело которого наэлектризовано, дотрагивается до металлического предмета, например, трубы отопления или холодильника, накопленный заряд моментально разрядится, а человек почувствует лёгкий удар током.

Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Даже простое расчёсывание волос в сухой день может привести к накоплению статического заряда с напряжением в десятки тысяч вольт, однако ток его освобождения будет настолько мал, что его зачастую невозможно будет даже почувствовать. Именно низкие значения тока не дают статическому заряду нанести человеку вред, когда происходит мгновенный разряд.^[2]

С другой стороны, такие напряжения могут быть опасны для элементов различных электронных приборов — микропроцессоров, транзисторов и т. п. Поэтому при работе с радиоэлектронными компонентами рекомендуется принимать меры по предотвращению накопления статического заряда.

Молнии

В результате движения воздушных потоков, насыщенных водяными парами, образуются грозовые облака, являющиеся носителями статического электричества. Электрические разряды образуются между разноименными заряженными облаками или, чаще, между заряженным облаком и озоновым слоем земли, с последующим разрядом на землю. При достижении критической разности потенциалов происходит разряд молнии между облаками, на земле или в околокосмическом слое планеты. Для защиты от молний устанавливаются молниеотводы, проводящие разряд напрямую в землю.

Помимо молний, грозовые облака могут вызывать на изолированных металлических предметах опасные электрические потенциалы из-за электростатической индукции.

В 1872 году экспедицией под руководством географа Генри Ганнетта^[en] была покорена 13-я по высоте гора штата Монтана (США)^[en]. Ей дали название Электрический пик, так как у первопроходцев-покорителей, находящихся на вершине, после грозы начали сыпаться искры из пальцев рук и волос на голове^[3][4][5].

См. также

Примечания

Ссылки

Немного теории о статическом электричестве

Следовательно, интенсивность проявления этого эффекта напрямую связана с амплитудой статического заряда и расстоянием между притягивающимися или отталкивающимися объектами. Притягивание и отталкивание происходят в направлении силовых линий электрического поля.

Если два заряда имеют одинаковую полярность – они отталкиваются, если противоположную – притягиваются. Если один из объектов заряжен, он будет провоцировать притягивание, создавая зеркальную копию заряда на нейтральных объектах.

3. Риск возникновения пожара

Риск возникновения пожара не является общей для всех производств проблемой. Но вероятность возгорания очень велика на полиграфических и других предприятиях, где используются легковоспламеняющиеся растворители.

В опасных зонах наиболее распространенными источниками возгорания являются незаземленное оборудование и подвижные проводники. Если на операторе, находящемся в опасной зоне, надета спортивная обувь или туфли на токонепроводящей подошве, существует риск, что его тело будет генерировать заряд, способный спровоцировать возгорание растворителей. Незаземленные проводящие детали машин также представляют опасность. Все, что находится в опасной зоне должно быть хорошо заземлено. Нижеследующая информация дает краткое пояснение способности статического разряда провоцировать возгорание в легковоспламеняющихся средах. Важно, чтобы неопытные продавцы были заранее осведомлены о видах оборудования, чтобы не допустить ошибки в подборе устройств для применения в таких условиях.

Способность разряда провоцировать возгорание зависит от многих переменных факторов:

• типа разряда;
• мощности разряда;
• источника и энергии разряда;
• минимальной энергии воспламенения (МЭВ) легковоспламеняющейся среды;
• наличия легковоспламеняющейся среды (растворителей в газовой фазе, пыли или горючих жидкостей).

Типы разряда
Существует три основных типа — искровой, кистевой и скользящий кистевой разряды. Коронный разряд в данном случае во внимание не принимается, т.к. он отличается невысокой энергией и происходит достаточно медленно. Коронный разряд чаще всего неопасен, его следует учитывать только в зонах очень высокой пожаро- и взрывоопасности.

Искровой разряд в основном исходит от умеренно проводящего, электрически изолированного объекта. Это может быть тело человека, деталь машины или инструмент. Предполагается, что вся энергия заряда рассеивается в момент искрения. Если энергия выше МЭВ паров растворителя, может произойти воспламенение.
Энергия искры рассчитывается следующим образом: Е (в Джоулях) = 1/2 С U²

Кистевой разряд возникает, когда заостренные части деталей оборудования концентрируют заряд на поверхностях диэлектрических материалов, изоляционные свойства которых приводят к его накоплению. Кистевой разряд отличается более низкой энергией по сравнению с искровым и, соответственно, представляет меньшую опасность в отношении воспламенения.

Скользящий кистевой разряд происходит на листовых или рулонных синтетических материалах с высоким удельным сопротивлением, имеющих повышенную плотность заряда и разную полярность зарядов с каждой стороны полотна. Такое явление может быть спровоцировано трением или распылением порошкового покрытия. Эффект сравним с разрядкой плоского конденсатора и может представлять такую же опасность, как искровой разряд.

Мощность разряда
Если объект, имеющий энергию, не очень хорошо проводит электрический ток, например, человеческое тело, сопротивление объекта будет ослаблять разряд и понижать опасность. Для человеческого тела существует эмпирическое правило: считать, что любые растворители с внутренней минимальной энергией воспламенения менее 100 мДж могут воспламениться несмотря на то, что энергия, содержащаяся в теле, может быть выше в 2 – 3 раза.

Источник и энергия разряда
Величина и геометрия распределения заряда являются важными факторами. Чем больше объем тела, тем больше энергии оно содержит. Острые углы повышают мощность поля и поддерживают разряды.

Минимальная энергия воспламенения МЭВ
Минимальная энергия воспламенения растворителей и их концентрация в опасной зоне являются очень важными факторами. Если минимальная энергия воспламенения ниже энергии разряда, возникает риск возгорания.

4. Удар электрическим током

Вопросу риска статического удара в условиях промышленного предприятия уделяется все больше внимания. Это связано с существенным повышением требований к гигиене и безопасности труда. Удар током, спровоцированный статическим электричеством, в принципе, не представляет особой опасности. Он просто неприятен, если только не вызывает резкой реакции отклонения от объекта удара.

Существуют две общие причины статического удара.

Наведенный заряд

Если человек находится в электрическом поле и держится за заряженный объект, например, за намоточную бобину для пленки, возможно, что его тело зарядится от наведенной индукции.

Заряд остается в теле оператора, если он находится в обуви на изолирующей подошве, до того момента, пока он не дотронется до заземленного оборудования. Заряд стекает на землю и поражает человека. Такое происходит и в случае, когда оператор дотрагивается до заряженных объектов или материалов – из-за изолирующей обуви заряд накапливается в теле. Когда оператор трогает металлические детали оборудования, заряд может стечь и спровоцировать электроудар.

При перемещении людей по синтетическим ковровым покрытиям порождается статический заряд при контакте между ковром и обувью. Электроудары, которые получают водители, покидая свою машину, провоцируются зарядом, возникшим между сиденьем и их одеждой в момент подъема. Решение этой проблемы – дотронуться до металлической детали автомобиля, например, до рамы дверного проема, до момента подъема с сиденья. Это позволяет заряду безопасно стекать на землю через кузов автомобиля и его шины.

Удар, спровоцированный оборудованием

Такой электроудар возможен, хотя происходит значительно реже, чем поражение, спровоцированное материалом. Если намоточная бобина имеет значительный заряд, случается, что пальцы оператора концентрируют заряд до такой степени, что он достигает точки пробоя, и происходит разряд. Помимо этого, если металлический незаземленный объект находится в электрическом поле, он может зарядиться наведенным зарядом. По причине того, что металлический объект является токопроводящим, подвижный заряд разрядится в человека, который дотрагивается до объекта.

Вернуться к списку для выбора раздела.

---

VI. Оценка минимального заряда, достаточного для воспламенения опасных атмосфер

При определении эффективности применения антистатического ионизатора ЕХ1250 во взрывоопасной среде может возникнуть вопрос о количественной оценке остаточного статического поля на предмет возможности привести к воспламенению или взрыву в опасной атмосфере, возникающей в производственном процессе.

Увы, на этот вопрос вряд ли есть точный и однозначный ответ, так как степень опасности зависит от того, способен ли накопленный заряд генерировать электрическое поле с достаточным напряжением, чтобы сформировать пробой на материале с последующим разрядом, содержащим энергию, большую, чем минимальная энергия воспламенения горючей атмосферы данного процесса.

Конечно, различные виды разрядов требуют различных условий для их возникновения, например, искровой разряд, кистевой разряд и т.д.

Самый лучший международный источник информации по теме, касающейся статических опасностей — это руководство IEC60079-32-1, но и оно не дает никаких точных значений напряжений, но тем не менее в разделе 7.1.5. «Невоспламеняющие разряды при операциях с жидкостями» утверждает следующее:

Опасность воспламенения может возникнуть при гораздо более низких напряжениях (обычно от 5 до 10 кВ), если изолированные проводники, такие, как плавающие металлические объекты или неправильно закрепленные элементы, находятся в емкости, или если контейнер имеет изолирующую подложку без точки контакта для заземления находящейся в нем жидкости и наполняется жидкостью, которая имеет достаточную проводимость для создания разрядов.

Далее раздел A.3. «Электростатические разряды» дает описание статического разряда:

А.3.2. Искры

Искра — это разряд между двумя проводниками, жидкими или твердыми. Она характеризуется ярко выраженным световым каналом разряда, несущим ток высокой плотности. Газ ионизирован на всю длину канала. Разряд очень быстрый и вызывает резкий треск.

Искра происходит между двумя проводниками, когда напряженность поля между ними превышает электрическую напряженность атмосферы. Разница потенциалов между проводниками, необходимая для пробоя, зависит как от формы так и от расстояния между проводниками. Для сравнения: напряженность пробоя для поверхностей плоских или с большим радиусом искривления при расстоянии 10 мм или более между ними составляет 3 МВм^-1 (300 В на мм) в нормальном воздухе и увеличивается при увеличении расстояния.

Поскольку объекты, между которыми проскакивает искра, являются проводниками, преобладающая часть сохраненного заряда проходит через искру. В большинстве случаев на практике это рассеивает почти всю сохраненную энергию. Энергия искры между проводящим телом и проводящим заземленным объектом может быть вычислена по следующей формуле:

W = ½ Q V = ½ C V²,

где

• W — рассеянная энергия в джоулях,
• Q — количество заряда на проводнике в кулонах,
• V — его потенциал в вольтах,
• C — его емкость в фарадах.

Результатом расчета является максимальное количество энергии. Энергия искры будет меньше, если есть сопротивление в пути разряда на заземление. Типичные значения емкостей проводников даны в таблице ниже:

Таблица А.2 Значения емкостей типичных проводников
Объект	Емкость в пФ (1 пФ = 1х10-12 Ф)
Мелкие металлические предметы (наконечник шланга, ковш)	от 10 до 20
Малые контейнеры (корзина, барабан до 50 л)	от 10 до 100
Средние контейнеры (250 — 500 л)	от 50 до 300
Крупные объекты (реакторы, окруженные заземленными структурами)	от 100 до 1000
Тело человека	от 100 до 200

Исходя из того, что искра может возникать как между жидкими, так и твердыми проводниками, мы можем принять в качестве примерной оценки нижнего порога для разряда в 5-10 кВ, что очень приблизительно и не учитывает ни форму проводников, ни состав и концентрацию газовой смеси.

Также в заключение можно сказать, что фактическая возможность пожара или взрыва всегда зависит не только от напряжения, но и емкости проводника и минимальной энергии воспламенения окружающей атмосферы данного производственного процесса.

Вернуться к списку для выбора раздела.

Виды статического электричества. Возникновение и удаление статики

Нарушение баланса между электрическими зарядами внутри материала или на его поверхности это возникновение статического электричества. Заряд сохраняется, пока он не будет снят вследствие протекания электрического тока или разряда. Статическое электричество вызывается при контакте и разделении двух поверхностей, и хотя бы одна из поверхностей является диэлектриком – непроводящим электрический ток материалом. Со статическим электричеством большинство из людей знакомы, поскольку они видели искры в момент нейтрализации избыточного заряда, ощущали на себе разряд и слышали сопровождающий его треск.

Причины статического электричества

Вещества состоят из атомов, которые в обычном состоянии электрически нейтральны, поскольку содержат равное количество положительных зарядов (протонов ядра) и отрицательных зарядов (электронов атомных оболочек). Статическое электричество заключается в разделении положительных и отрицательных зарядов. При контакте двух материалов электроны могут переходить с одного материала на другой, что приводит к избытку положительных зарядов на одном материале, и равном избытке отрицательного заряда на другом материале. При разделении материалов образовавшийся дисбаланс зарядов сохраняется.

В контакте материалы могут обмениваться электронами; материалы, слабо удерживающие электроны, склонны их терять, в то время как материалы, в которых внешние оболочки атомов не полностью заполнены, склонны захватывать электроны. Этот эффект называется трибоэлектрическим, и приводит к тому, что один материал заряжается положительно, а другой отрицательно. Полярность и величина заряда при разделении материалов зависит от относительного положения материала в трибоэлектрическом ряду.

Материалы располагаются в ряду, один конец которого является положительным, а другой отрицательным. При трении пары материалов материал, располагающийся ближе к положительному концу ряда, заряжается положительно, а другой – отрицательно. Единого трибоэлектрического ряда (подобного ряду напряжений металлов), не существует, как нет и единой теории электризации. Обычно ближе к положительному концу ряда располагаются материалы с большей диэлектрической проницаемостью.

Порядок следования материалов в трибоэлектрическом ряду может быть нарушен. Так в паре шелк-стело, стекло отрицательно, в паре стекло-цинк, отрицателен цинк, а в паре цинк-шелк, отрицательно заряжается не цинк, как следовало бы ожидать, а шелк. Такое отсутствие упорядоченности называется трибоэлектрическим кольцом.

Трибоэлектрический эффект – основная причина возникновения статического электричества в повседневной жизни, при взаимном трении различных материалов. Например, если потереть воздушный шарик о волосы, он заряжается отрицательно, и может притягиваться к положительно заряженным источникам стены, прилипая к ней и нарушая законы тяготения.

Предупреждение и удаление статических зарядов

Предотвратить накопление статики очень просто – достаточно открыть окно или включить увлажнитель воздуха. Увеличение содержания влаги в воздухе приведет к увеличению ее электрической проводимости, аналогичного эффекта можно добиться ионизацией воздуха.

Особо чувствительны к статическим разрядам предметы можно защитить нанесением антистатического средства.

Особенно чувствительны к разрядам статического электричества полупроводниковые компоненты электронных устройств. Для защиты этих устройств обычно используются токопроводящие антистатические пакеты. Работающие с полупроводниковыми схемами люди зачастую заземляют себя антистатическими браслетами, надеваемыми на кисть руки. Избежать образования статических зарядов при контакте с полом (например, в больницах), можно путем ношения антистатической обуви с токопроводящей подошвой.

Разряд

Искра – это разряд статического электричества, когда избыточный заряд нейтрализуется потоком зарядов из окружения или к окружению. Электрический удар вызывается раздражением нервов при протекании нейтрализующего тока через человеческое тело. Запасенная энергия статики зависит от размера объекта, электрической емкости, напряжения, до которого он оказался заряженным, и диэлектрической проницаемости окружающей среды.

Для моделирования эффекта разряда статики на чувствительные электронные приборы, человеческое тело представляется как электрическая емкость в 100 пФ, заряженная до напряжения от 4 до 35 кВ. При касании объекта эта энергия разряжается менее чем за микросекунду. Хотя общая энергия разряда мала, порядка миллиджоулей, она может повредить чувствительные электронные приборы. Большие объекты запасают больше энергии, что представляет опасность для людей при контакте, или воспламенить искрой горючий газ или пыль.

Молния

Молния – пример статического разряда атмосферного электричества в результате контакта частиц льда в грозовых облаках. Обычно значительные разряды могут накапливаться только в областях в малой электрической проводимостью. Разряд обычно наступает при напряжении поля порядка 10 кВ/см, в зависимости от влажности. Разряд перегревает окружающий воздух с образованием яркой вспышки и звука треска. Молнии – всего лишь масштабный вариант искры статического разряда электричества. Вспышка возникает вследствие нагрева воздуха в канале разряда до такой высокой температуры, что он начинает излучать свет, как и любое раскаленное тело. Удар грома – последствия взрывного расширения воздуха.

Электронные компоненты

Многие полупроводниковые приборы электронных устройств очень чувствительны к присутствию статики и могут быть повреждены разрядом. При обращении с наноустройствами обязательно ношение антистатического браслета. Другой мерой предосторожности является снятие обуви с толстой резиновой подошвой и постоянное стояние на металлическом заземленном основании.

Образование статического электричества в потоках возгораемых и горючих материалов

Разряд статического электричества представляет опасность в отраслях промышленности, где применяются горючие вещества, где маленькие электрические искры могут привести к взрыву. Движение мельчайших частиц пыли или жидкостей с малой электропроводностью в трубопроводах или их механическое перемешивание может вызвать образование статики. При статическом разряде в облаке пыли или паров возможен взрыв.

Взрываться могут зерновые элеваторы, лакокрасочные фабрики, участки производства стекловолокна, топливозаправочные колонки. Накапливание заряда в среде происходит при ее электрической проводимости менее 50 пС/м, при большей проводимости образующиеся заряды рекомбинируют (рекомбинация – процесс, обратный ионизации), и накапливания не происходит.

Наполнение больших трансформаторов трансформаторным маслом требует соблюдения предосторожностей, поскольку электростатические разряды внутри жидкости могут повредить изоляцию трансформатора.

Поскольку интенсивность образования зарядов тем выше, чем выше скорость течения жидкости и диаметр трубопровода, в трубопроводах диаметром более 200 мм скорость течения жидкости ограничивается стандартом. Так, скорость течения углеводородов с содержанием воды обычно ограничивается на уровне 1 м/с.

Образование зарядов ограничивается заземлением. При проводимости жидкости ниже 10 пС/м этой меры оказывается недостаточно, и к жидкости добавляются антистатические присадки.

Перекачивание топлива

Перекачивание горючих жидкостей наподобие бензина по трубопроводам может привести к образованию статического электричества, а разряд может привести к возгоранию паров топлива.

Подобные случаи происходили на автозаправках и в аэропортах при заправке самолетов керосином. Здесь также эффективно заземление и антистатические присадки. Течение газа в трубопроводах представляет опасность лишь при наличии в газе твердых частичек или капелек жидкости.

На космических аппаратах статическое электричество представляет большую опасность вследствие низкой влажности среды, и с этой опасностью придется считаться при осуществлении запланированных полетов на Луну и Марс. Пешие переходы по сухой поверхности могут вызвать образование огромных зарядов, могущих повредить электронные устройства.

Озонное растрескивание

Статические разряды в присутствии воздуха или кислорода вызывают образование озона. Озон повреждает резиновые детали, в частности, ведет к растрескиванию уплотнителей.

Энергия статического разряда

Высвободившаяся при статических разрядах энергия варьируется в широких пределах. Разряды энергией более 5000 мДж представляют опасность для человека. Один из стандартов предполагает, что предметы потребления не должны создавать разряд с энергией выше 350 мДж на человека. Максимальное напряжение ограничивается значением 35-40 кВ вследствие ограничивающего фактора – коронного разряда. Потенциал ниже 3000В обычно человеком не ощущается. Прохождение пешком 6 метров по полихлорвиниловому линолеуму при влажности воздуха 15% вызывает образование потенциала 12 кВ, в то время как при 80% влажности потенциал не превышает 1,5 кВ.

Искра возникает при энергии выше 0,2 мДж. Искру подобной энергии человек обычно не видит и не слышит. Чтобы произошел взрыв в водороде, достаточно искры с энергией 0,017 мДж, и до 2 мДж для паров углеводородов. Электронные компоненты повреждаются при энергии искры между 2 и 1000 нДж.

Применение статики

Статическое электричество широко используется в ксерографах, воздушных фильтрах, для окраски автомобилей, фотокопировальных устройствах, краскораспылителях, принтерах, и заправке топливом воздушных судов.

Похожие темы:

Электростатика

Работа — это изменение потенциальной энергии: U _B — U _A = q ′ Ed .

Как правило, разность электростатического потенциала , иногда называемая разницей электрического потенциала , определяется как изменение энергии на единицу положительного заряда, или В _B — В _A = ( U _B — U _A ) / q ′.Для определенных конфигураций электрического поля может быть необходимо использовать интегральное определение электростатического потенциала:

, где испытательный заряд движется по линии, интегральной от точки A до точки B, вдоль пути s в электрическом поле ( E ).

Для особого случая параллельных пластин:

, где В — это разность потенциалов между пластинами, измеренная в единицах вольт (В):

Электрический потенциал от точечного заряда (q) на расстоянии (r) от точечного заряда составляет

Следующая задача иллюстрирует расчеты электрического поля и потенциала из-за точечных зарядов.

Пример 3: Учитывая два заряда: +3 Q и — Q , на расстоянии X друг от друга, найти следующее: (1) В какой точке (точках) на линии электрическое поле равно нулю? (2) В какой точке (точках) электрический потенциал равен нулю? (См. Рис. 11.)

Рисунок 11

Расположение двух точечных сборов для примера.

Первая задача — найти область (ы), где электрическое поле равно нулю. Электрическое поле является вектором, и его направление может быть определено пробным зарядом.Рисунок поделен на три региона. Между противоположными зарядами направление силы на испытательном заряде будет в одном направлении от каждого заряда; следовательно, невозможно иметь нулевое электрическое поле в области II. Несмотря на то, что силы в испытательном заряде от двух зарядов в области I находятся в противоположных направлениях, сила и, следовательно, электрическое поле, в этой области никогда не могут быть равны нулю, поскольку испытательный заряд всегда ближе к наибольшему заданному заряду. Следовательно, Регион III является единственным местом, где Е может быть нулевым.Выберите произвольную точку (r) справа от — Q и установите два электрических поля равными. Поскольку поля находятся в противоположных направлениях, векторная сумма в этой точке будет равна нулю.

Если задано X , решить для r .

Потенциал не является вектором, поэтому потенциал равен нулю там, где выполняется следующее уравнение:

, где r _м — расстояние от контрольной точки до +3 Q и r ₂ — расстояние до — Q .

Этот пример иллюстрирует разницу в методах анализа при нахождении векторной величины ( E ) и скалярной величины (V). Обратите внимание, что если бы заряды были либо положительными, либо отрицательными, можно было бы найти точку с нулевым электрическим полем между зарядами, но потенциал никогда не был бы нулевым.

Электрическая потенциальная энергия пары точечных зарядов, разделенных расстоянием r , равна

Эквипотенциальные поверхности — это поверхности, на которых не требуется никаких действий для перемещения заряда из одной точки в другую.Эквипотенциальные поверхности всегда перпендикулярны линиям электрического поля. Эквипотенциальные линии — это двумерные представления пересечения поверхности с плоскостью диаграммы. На рисунке эквипотенциальные линии показаны для (а) однородного поля, (б) точечного заряда и (в) двух противоположных зарядов.

,

трения и статического электричества | Статическое электричество

Вы когда-нибудь толкали тележку по магазинам и вдруг испытали шок? Или натянул школьную майку на голову и услышал, как она потрескивает? Что вызывает эти шоки и шумы? Давайте исследуем.

Трение и статическое электричество

• трение
• статическое электричество
• электростатический заряд
• привлекают: притянуть что-то ближе
• отталкивает: что-то оттолкнет
• нейтральный
• разряда
• земля
• заземление

Воздействие статического электричества повсюду вокруг нас, но мы не всегда распознаем его, когда видим или чувствуем их.Или, возможно, у вас есть, но вы так и не поняли, что было причиной. Например, вы когда-нибудь испытывали легкий шок, когда в холодный день надевали майку на голову, или, возможно, вы наблюдали, как волосы встают дыбом, когда вы касаетесь определенных предметов? Давайте сделаем быстрое действие, чтобы продемонстрировать статическое электричество.

Посмотрите это видео о статическом электричестве, чтобы понять, почему ваши волосы встают дыбом, когда вы чистите их или натираете их на воздушном шаре.

Вы также можете сделать это, 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. Тогда вы можете скорее потереть шарик на майке и взять кусочки бумаги.

МАТЕРИАЛЫ:

• воздушных шаров (или пластиковая расческа)
• маленьких кусочков бумаги

ИНСТРУКЦИИ:

Взорвать воздушный шар и завязать его так, чтобы воздух не выходил.

Держите воздушный шар на небольшом расстоянии от волос или кусочков бумаги. Что ты заметил?

---

Натрите волосы воздушным шариком.

Теперь держите воздушный шар на небольшом расстоянии от ваших волос или кусочков бумаги.Что ты видишь?

---

Волосы должны «подняться» и прилипнуть к воздушному шарику, иначе кусочки бумаги будут прилипать к воздушному шарику.

Ты видел, как твои волосы «поднимаются» вот так ?!

ВОПРОС:

Что вы делали, чтобы ваши волосы или кусочки бумаги прилипали к воздушному шарику?

---

Энергично потер его воздушным шаром.

Давайте рассмотрим повседневный пример статического электричества. Иногда, когда вы расчесываете волосы пластиковой расческой, ваши волосы встают дыбом и издают потрескивающие звуки. Как это произошло?

Вы перетащили поверхность пластикового гребня к поверхности ваших волос. Когда две поверхности трутся друг о друга, между ними возникает трение .Трение — это сопротивление движению объекта в результате его контакта с другим объектом. Это означает, что когда вы терли пластиковую расческу вдоль волос, ваши волосы сопротивлялись движению расчески и замедляли ее.

Трение между двумя поверхностями может привести к переносу электронов с одной поверхности на другую.

Чтобы понять, как электроны могут переноситься, нам нужно вспомнить, что мы узнали о структуре атома в последнем члене в Материи и Материалах.

Все атомы имеют ядро, которое содержит протоны и нейтроны. Ядро удерживается вместе очень сильной силой, что означает, что протоны внутри ядра можно считать фиксированными там. Атом также содержит электроны. Где электроны расположены в атоме?

---

Электроны расположены в пространстве вокруг ядра.

Какой заряд на протоне?

---

Какой заряд на электроне?

---

Какой заряд у нейтрона?

---

Нейтроны не заряжены.Они нейтральны.

Атом удерживается вместе электростатическим притяжением между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами. Внутри атома электроны, ближайшие к ядру, удерживаются наиболее сильно, 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 являются нейтральными , потому что они имеют такое же количество положительных зарядов, что и отрицательные заряды, поэтому заряды уравновешивают друг друга.Все объекты состоят из атомов, и поскольку атомы обычно нейтральны, объекты также обычно нейтральны.

Однако, когда мы натираем две поверхности вместе, например, когда вы расчесываете волосы или натираете воздушный шар на свои волосы, трение может привести к переносу электронов с одного объекта на другой. Помните, что протоны зафиксированы на месте в ядре, и поэтому они не могут быть перенесены между атомами, только электроны могут быть перенесены на другую поверхность. Некоторые объекты отдают электроны легче, чем другие объекты.Посмотрите на следующую диаграмму, которая объясняет, как это происходит.

Какой объект отдал часть своих электронов на диаграмме?

---

Есть ли у этого объекта больше положительных или отрицательных зарядов?

---

имеет больше положительных зарядов.

Какой объект получил электроны на диаграмме?

---

Есть ли у этого объекта больше положительных или отрицательных зарядов?

---

имеет больше отрицательных зарядов.

Когда объект имеет больше электронов, чем протонов в целом, тогда мы говорим, что объект отрицательно заряжен .

Когда объект имеет меньше электронов, чем протонов в целом, тогда мы говорим, что объект положительно заряжен .

Посмотрите на следующую диаграмму, которая иллюстрирует это.

Итак, теперь мы понимаем перенос электронов, который происходит в результате трения между объектами.Но как это привело к тому, что ваши волосы поднялись, когда вы подносили заряженный баллон к своим волосам в последнем упражнении? Давайте посмотрим, что происходит, когда противоположно заряженные объекты собраны вместе.

Это забавная демонстрация того, как заряды отражают друг друга и в отличие от зарядов притягивают друг друга. Если у вас достаточно материалов, позвольте учащимся самим попробовать это. Если у вас недостаточно материалов, сделайте это как демонстрацию, но дайте учащимся возможность немного поиграть.

Сначала попробуйте выполнить это упражнение несколько раз, чтобы убедиться, что вы правильно выбрали метод. Помните, что довольно легко случайно заземлить стержни, поэтому работайте с осторожностью. Это будет работать лучше всего в сухой день. Это будет зависеть от области, в которой вы живете.

В ходе мозгового штурма с учителями-волонтерами и учеными в начале 2013 года мы снимали быструю демонстрацию этой задачи, когда группа обсуждала ее. Вы можете посмотреть этот короткий клип здесь:

МАТЕРИАЛЫ:

• 2 изогнутых часовых стекла
• 2 стержня из плексигласа
• ткань: шерсть или нейлон
• пластиковый стержень
• маленьких кусочков рваной бумаги

ИНСТРУКЦИИ:

Поставьте на стол стеклянную планку для часов.

Сбалансировать второе стекло часов вертикально на первом стекле часов.

Энергично потрите один из стержней из плексигласа тканью.

Балансируйте стержень из плексигласа через верхнюю часть часового стекла.

Энергично протрите второй стержень из плексигласа той же тканью.

Поднесите второй стержень из плексигласа близко к первому стержню из плексигласа. Что вы видите происходящим?

Второй стержень из плексигласа должен отталкивать первый, так как он имеет одинаковые заряды, поэтому ученики должны видеть, как второй стержень «толкает» первый круг по кругу.

Вам, возможно, придется снова тереть первый стержень из плексигласа между попытками, так как заряд действительно рассеивается.

Повторите упражнение, но вместо второго стержня из плексигласа используйте пластиковый стержень. Что вы видите происходящим?

Стержни теперь имеют противоположные заряды, и поэтому следует видеть, что второй стержень «тянет» другой стержень по кругу.

Затем поднесите стержень, который вы потерли, к маленьким кусочкам рваной бумаги, лежащим на столе. Что вы наблюдаете?

Учащиеся должны быть в состоянии собрать листы бумаги с заряженным стержнем.

ВОПРОСЫ:

Что произошло, когда вы приблизили второй стержень из плексигласа к первому стержню из плексигласа?

---

---

Когда стержни одинаковы (т.е.е. оба перспекса), тогда первый стержень должен отойти от второго, а верхнее стекло часов повернется по кругу.

Что произошло, когда вы подвели пластиковый стержень близко к первому стержню из плексигласа?

---

---

Когда используются два разных материала, первый стержень должен двигаться к пластиковому стержню, а стекло часов поворачивается по кругу к пластиковому стержню.

Что случилось, когда ты поднес пластиковый стержень к листам бумаги?

---

Кусочки бумаги были притянуты к пластиковому стержню.

Когда мы натерли стержни из плексигласа тканью, электроны были перенесены из плексигласа в ткань.Какую зарядку теперь имеют стержни из перспекса?

---

Теперь оба стержня из плексигласа имеют заряд с одинаковым зарядом . Вы заметили, что объекты с одинаковым зарядом имеют тенденцию отталкивать друг друга? Мы говорим, что они отталкивают друг друга.

Когда мы натерли пластиковый стержень тканью, электроны были перенесены с ткани на пластиковый стержень. Какой заряд теперь у пластикового стержня?

---

Стержень из плексигласа и пластиковый стержень теперь имеют противоположных зарядов .Вы заметили, что объекты с разным зарядом имеют тенденцию сближать друг с другом? Мы говорим, что они привлекают друг друга.

В примере с кусочками бумаги, притягивающимися к линейке, бумага начинает нейтрально. Однако, когда отрицательно заряженный пластиковый стержень приближается, электроны в бумаге, которые находятся ближе всего к стержню, начнут удаляться, оставляя положительный заряд на поверхностях бумаги, которые являются ближайшими к стержню.Поэтому бумага притягивается к стержню, потому что притягиваются противоположные заряды. Другой пример — пыль, которая притягивается к недавно отполированным стеклам.

Теперь мы наблюдали фундаментальное поведение зарядов.

Таким образом, мы можем сказать:

• Если два отрицательно заряженных объекта будут сближены, они будут отталкиваться друг от друга.
• Если два положительно заряженных объекта будут сближены, они будут отталкиваться друг от друга.
• Если положительно заряженный объект приближается к отрицательно заряженному объекту, они будут притягивать друг друга.

Помните, что подобных зарядов отталкивают , а противоположных зарядов привлекают.

Теперь ты понимаешь, почему твои волосы поднимаются и притягиваются к воздушному шарику после того, как ты втираешь воздушный шарик в свои волосы? Напишите краткое описание, чтобы объяснить, что происходит, используя слова: электроны, перенос, отрицательный заряд, положительный заряд, противоположность, притяжение, отталкивание.

---

---

---

При растирании волос баллоном электроны переносятся с волос на баллон. Теперь шар имеет отрицательный заряд, а волосы — положительный. У них противоположные заряды, и поэтому, когда шарик снова приближается к волосам, они притягивают друг друга. Поскольку пряди волос имеют положительные заряды, такие как заряды отталкивают, а пряди волос отталкивают друг друга, что также вызывает их подъем.

Противоположности притягивают и любят отталкивать (видео)

Искры, удары и заземление

Большое накопление заряда на объекте может быть опасным. Когда электроны переходят от заряженного объекта к нейтральному объекту, мы говорим, что заряженный объект разряжен.

Разряд может происходить, когда объекты касаются друг друга.Но электроны также могут переходить от одного объекта к другому, когда их приближают, но не касаются. Когда электроны движутся через воздушный зазор, они могут нагревать воздух достаточно, чтобы он светился. Свечение называется искрой .

Электростатическая искра между двумя объектами.

Искры могут быть безвредными, но они также могут быть очень опасными. Искры могут вызвать воспламенение материалов, а — воспламенение . Возможно, вы заметили, что вы не можете курить сигареты или иметь открытый огонь возле бензобаков на автозаправочных станциях.Это связано с тем, что пары бензина очень взрывоопасны, и для их сжигания требуется лишь небольшое количество тепла. Небольшой электростатической искры достаточно, чтобы воспламенить легковоспламеняющиеся пары бензина.

Видео, показывающее опасность искр от статического электричества на заправочной станции.

Это видео в окне «Посещение» показывает, как статическое электричество от протекающего бензина вызывает искру, которая зажигает пары бензина и приводит к сильному пожару.Это иллюстрация одной из опасностей статического электричества.

Электростатический разряд также может вызвать ударов током . Вас когда-нибудь шокировала тележка для покупок, когда вы толкали ее по магазину? Или вы ходили по комнате с ковровым покрытием, а затем шокировали себя, когда вы касались дверной ручки, чтобы выйти из комнаты? Вы испытали электрический разряд. Электроны движутся от дверной ручки к вашей коже, а движение электронов вызывает небольшой электрический шок.Небольшие поражения электрическим током могут быть неудобны, но в основном безвредны. Большие поражения электрическим током чрезвычайно опасны и могут привести к травме и смерти.

Разрядка электронов из заряженных объектов происходит намного легче, когда воздух сухой, поэтому в сухую погоду у вас больше шансов получить электростатические искры или удары. Это связано с тем, что при влажной погоде влага на воздухе может накапливаться на поверхности предметов и предотвращать накопление электрического заряда.Заряд рассеивается через влагу, которая лучше проводника, чем воздух.

Знаете ли вы, где еще мы можем 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, вызывая накопление областей заряда. Как только различие в заряде между двумя областями становится достаточно большим, возможен электростатический разряд.Молниеносная вспышка — это массивный разряд между заряженными областями внутри облаков или между облаками и Землей.

Молния может двигаться со скоростью около 210 000 км / ч и нагреваться до 30 000 ° C.

Как пережить удар молнии.

Чтобы безопасно разрядить лишние электроны из объекта, мы должны заземлить его. Заземление означает, что мы подключаем заряженный объект к земле (Земле) с помощью электрического проводника.Дополнительные электроны перемещаются по проводнику и попадают в землю, не причиняя вреда. Земля настолько велика, что дополнительный заряд не имеет никакого общего эффекта.

Например, подумайте о металлических тележках в торговых центрах. Вы когда-нибудь замечали, что у них обычно есть металлическая цепь, висящая внизу, которая тянется по полу? Это должно заземлить тележку, если она получает заряд, чтобы заряд не мог накапливаться на тележке. Это защищает человека, толкающего тележку, от удара током.

ИНСТРУКЦИИ:

1. Используйте Интернет, вашу школу или библиотеку, чтобы найти информацию о практических применениях статического электричества.
2. Исследуйте один полезный эффект статического электричества и одну проблему, вызванную статическим электричеством.
3. Напишите короткий абзац, объясняющий ваши исследования.

---

---

---

---

---

---

---

---

Существует много различных полезных и разрушительных 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

Теперь мы рассмотрим два инструмента, которые демонстрируют статическое электричество.

Van de Graaff генератор

Если у вас нет генератора Ван де Граафа, вы можете использовать некоторые из представленных здесь видео, которые показывают и объясняют, как работает генератор.Если у вас есть генератор, то позволяя ученикам «поиграть» с ним, вы сможете лучше понять эффекты статического электричества. Позвольте учащимся выполнять различные действия, такие как стрижка волос.

Пусть ученики держатся за купол, а затем запускают генератор, пока их волосы не встанут дыбом.

Разорвите маленькие кусочки бумаги и положите их на верх незаряженного купола, запустите генератор, и кусочки станут заряженными, а затем вылетят из генератора.Это хороший пример того, как кусочки бумаги заряжаются, а затем, потому что все они имеют одинаковый заряд, отталкивают друг друга.

Генератор Ван де Граафа — это машина, использующая трение для генерации большого электрического заряда на металлическом куполе.

Должен ли человек трогать 20 000 Вольт? Посетите эту ссылку, чтобы узнать!

Фундаментальная идея использования трения в машине для генерации 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 воздействия электростатического заряда. Большой металлический купол наверху становится положительно заряженным, когда генератор включен. Когда купол заряжен, его можно разряжать, поднося другую изолированную металлическую сферу к куполу. Электроны прыгнут на купол из металлической сферы и вызовут искру.

Посмотрите это видео, чтобы узнать, как работает генератор Ван де Граафа

Эти девушки касаются большого купола генератора Ван де Граафа.

Вы также можете коснуться купола, и ваши волосы будут расти. Как вы думаете, почему это происходит?

---

---

Когда вы касаетесь положительно заряженного купола, электроны передаются от вас к куполу, чтобы разрядить его. Это заставляет вас и ваши волосы становиться положительно заряженными. Отдельные пряди волос заряжаются положительно, поэтому они отталкивают друг друга и встают дыбом.

Электроскоп

Электроскоп — это ранний научный инструмент, используемый для идентификации присутствия заряженного объекта или его можно использовать 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 полосой внизу и шаром сверху.Еще один пример электроскопа с диском вверху и двумя полосами из золотой фольги внизу.

Электроскоп состоит из заземленной металлической коробки 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 металлический шарик или диск наверху касаются заряженного предмета, или заряженный предмет приближается к нему, полоски золотой фольги разлетаются в стороны, показывая, что у предмета есть заряд.

Посмотрите на следующую иллюстрацию, которая показывает, как это работает.

,