Πώς λειτουργεί η στατική ηλεκτρική ενέργεια;

Πήρατε ποτέ ένα σοκ από το να αγγίξετε ένα πόμολο, ή να δείτε τα μαλλιά σας να γκρεμίζουν σε ιδιαίτερα κρύες, ξηρές ημέρες; Αν είχατε κάποια από αυτές τις εμπειρίες, έχετε συναντήσει στατικό ηλεκτρισμό. Στατικός ηλεκτρισμός είναι η συσσώρευση ηλεκτρικού φορτίου (θετικό ή αρνητικό) σε μια θέση. Ονομάζεται επίσης "ηλεκτρισμός σε ηρεμία".

Λέξεις κλειδιά: Στατική ηλεκτρική ενέργεια

Ηλεκτρικό φορτίο—που ορίζεται είτε ως θετική είτε ως αρνητική - είναι μια ιδιότητα της ύλης που προκαλεί δύο ηλεκτρικά φορτία που προσελκύουν ή απωθούν. Όταν δύο ηλεκτρικά φορτία είναι του ίδιου είδους (τόσο θετικά όσο και αρνητικά), θα απωθούν το ένα το άλλο. Όταν είναι διαφορετικές (μία θετική και μία αρνητική), θα προσελκύσουν.

Ο στατικός ηλεκτρισμός εμφανίζεται όταν η φόρτιση συσσωρεύεται σε ένα μέρος. Συνήθως, τα αντικείμενα δεν είναι ούτε θετικά ούτε αρνητικά φορτισμένα - έχουν συνολική επιβάρυνση μηδέν. Η συσσώρευση φορτίου απαιτεί τη μεταφορά ηλεκτρονίων από το ένα αντικείμενο στο άλλο.

Η αφαίρεση των αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων από μια επιφάνεια θα προκαλέσει την θετική φόρτιση αυτής της επιφάνειας, ενώ η προσθήκη ηλεκτρονίων σε μια επιφάνεια θα προκαλέσει την αρνητική φόρτιση αυτής της επιφάνειας. Έτσι, εάν μεταφέρονται ηλεκτρόνια από το αντικείμενο Α στο αντικείμενο Β, το αντικείμενο Α θα γίνει θετικά φορτισμένο και το αντικείμενο Β θα γίνει αρνητικά φορτισμένο.

Το τριβοηλεκτρικό αποτέλεσμα αναφέρεται στη μεταφορά φορτίου (ηλεκτρόνια) από το ένα αντικείμενο στο άλλο όταν αυτά τρίβονται μαζί, μέσω τριβής. Για παράδειγμα, το τριβοηλεκτρικό φαινόμενο μπορεί να συμβεί όταν ανακατεύετε σε ένα χαλί που φοράτε κάλτσες κατά τη διάρκεια του χειμώνα.

Το τριβοηλεκτρικό φαινόμενο τείνει να συμβεί όταν και τα δύο αντικείμενα είναι ηλεκτρικά μονωτικός, που σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να ρέουν ελεύθερα. Όταν τα δύο αντικείμενα τρίβονται μαζί και στη συνέχεια διαχωρίζονται, η επιφάνεια ενός αντικειμένου έχει κερδίσει ένα θετικό φορτίο, ενώ η επιφάνεια του άλλου αντικειμένου έχει αποκτήσει αρνητικό φορτίο. Η φόρτιση των δύο αντικειμένων μετά το διαχωρισμό μπορεί να προβλεφθεί από το triboelectric σειρά, η οποία απαριθμεί τα υλικά με τη σειρά με την οποία είναι επιρρεπή να γίνουν θετικά ή αρνητικά φορτισμένα.

Επειδή τα ηλεκτρόνια δεν μπορούν να κινηθούν ελεύθερα, οι δύο επιφάνειες μπορούν να παραμείνουν φορτισμένες για μεγάλο χρονικό διάστημα, εκτός εάν εκτίθενται σε ηλεκτρικά αγώγιμο υλικό. Εάν ένα ηλεκτρικά αγώγιμο υλικό όπως το μέταλλο αγγίζει τις φορτισμένες επιφάνειες, τα ηλεκτρόνια θα μπορούν να κινούνται ελεύθερα και το φορτίο από την επιφάνεια θα αφαιρείται.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η προσθήκη νερού στα μαλλιά που είναι frizzing λόγω του στατικού ηλεκτρισμού θα αφαιρέσει το στατικό. Το νερό που περιέχει διαλυμένα ιόντα - όπως συμβαίνει με το νερό της βρύσης ή το νερό της βροχής - είναι ηλεκτρικά αγώγιμο και θα αφαιρέσει τα φορτία που έχουν συσσωρευτεί στα μαλλιά.

Η συμπεριφορά αναφέρεται στη μεταφορά ηλεκτρονίων όταν τα αντικείμενα τοποθετούνται σε επαφή μεταξύ τους. Για παράδειγμα, μια επιφάνεια που είναι θετικά φορτισμένη μπορεί να κερδίσει ηλεκτρόνια όταν αγγίζει ένα ουδέτερα φορτισμένο αντικείμενο, προκαλώντας το δεύτερο αντικείμενο να γίνει θετικά φορτισμένο και το πρώτο αντικείμενο να φορτιστεί λιγότερο θετικά από ό, τι προηγουμένως ήταν.

Η επαγωγή δεν συνεπάγεται μεταφορά ηλεκτρονίων, ούτε συνεπάγεται άμεση επαφή. Χρησιμοποιεί μάλλον την αρχή ότι "όπως οι απωθήσεις των χρεώσεων και οι αντίθετες χρεώσεις προσελκύουν". Η επαγωγή συμβαίνει με δύο ηλεκτρικούς αγωγούς, επειδή επιτρέπουν την ελεύθερη κίνηση των φορτίων.

Ακολουθεί ένα παράδειγμα χρέωσης με επαγωγή. Φανταστείτε ότι δύο μεταλλικά αντικείμενα, Α και Β, βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους. Ένα αρνητικά φορτισμένο αντικείμενο τοποθετείται στα αριστερά του αντικειμένου Α, το οποίο απωθεί τα ηλεκτρόνια στην αριστερή πλευρά του αντικειμένου Α και τα αναγκάζει να μετακινηθούν στο αντικείμενο Β. Τα δύο αντικείμενα στη συνέχεια διαχωρίζονται και το φορτίο ανακατανέμεται σε ολόκληρο το αντικείμενο, αφήνοντας το Object A θετικά φορτισμένο και το Object B αρνητικά φορτισμένο συνολικά.

• Beaver, John B., και Don Powers. Ηλεκτρισμός και μαγνητισμός: Στατική ηλεκτρική ενέργεια, τρέχουσα ηλεκτρική ενέργεια και μαγνήτες. Mark Twain Media, 2010.
• Χριστόπουλος, Χρήστος. Αρχές και Τεχνικές Ηλεκτρομαγνητικής Συμβατότητας. CRC Press, 2007.
• Βασιλέσκου, Γαβριήλ. Ηλεκτρονικές αρχές και εφαρμογές σήματος θορύβου και παρεμβολών. Springer, 2005.