Hvordan fungerer statisk elektrisitet?

RichVintage / Getty Images.

Har du noen gang fått et sjokk av å ta på en dørhåndtak, eller sett håret ditt bli krusete på spesielt kalde, tørre dager? Hvis du har hatt noen av disse opplevelsene, har du møtt statisk elektrisitet. Statisk elektrisitet er oppbygging av elektrisk ladning (positiv eller negativ) på ett sted. Det kalles også elektrisitet i hvile.

Viktige alternativer: Statisk elektrisitet

• Statisk elektrisitet oppstår når ladning bygges opp på ett sted.
• Objekter har vanligvis en total ladning på null, så akkumulering av en ladning krever overføring av elektroner fra ett objekt til et annet.
• Det er flere måter å overføre elektroner på og dermed bygge opp en ladning: friksjon (den triboelektriske effekten), ledning og induksjon.

Årsakene til statisk elektrisitet

En elektrisk ladning — definert som enten positiv eller negativ - er en egenskap ved materie som får to elektriske ladninger til å tiltrekke seg eller frastøte. Når to elektriske ladninger er av samme type (begge positive eller begge negative), vil de frastøte hverandre. Når de er forskjellige (en positiv og en negativ), vil de tiltrekke seg.

Statisk elektrisitet oppstår når ladning bygges opp på ett sted. Vanligvis er objekter verken positivt eller negativt ladet - de opplever en total ladning på null. Akkumulering av en ladning krever overføring av elektroner fra ett objekt til et annet.

Fjerning av negativt ladede elektroner fra en overflate vil føre til at overflaten blir positivt ladet, mens tilsetning av elektroner til en overflate vil føre til at overflaten blir negativt ladet. Således, hvis elektroner overføres fra objekt A til objekt B, vil objekt A bli positivt ladet og objekt B vil bli negativt ladet.

Lading ved friksjon (triboelektrisk effekt)

Den triboelektriske effekten refererer til overføring av ladning (elektroner) fra ett objekt til et annet når de gnis sammen, via friksjon. For eksempel kan den triboelektriske effekten oppstå når du stokker over et teppe iført sokker om vinteren.

Den triboelektriske effekten har en tendens til å oppstå når begge objektene er elektriske isolerende , som betyr at elektroner ikke kan flyte fritt. Når de to objektene gnis sammen og deretter separeres, har overflaten til den ene gjenstanden fått en positiv ladning, mens overflaten til den andre gjenstanden har fått en negativ ladning. Ladningen av de to objektene etter separasjon kan forutses fra triboelektrisk serie , som viser materialer i den rekkefølgen de er tilbøyelige til å bli positivt eller negativt ladet.

Fordi elektroner ikke kan bevege seg fritt, kan de to overflatene forbli ladet i lang tid, med mindre de utsettes for et elektrisk ledende materiale. Hvis et elektrisk ledende materiale som metall berøres de ladede overflatene, vil elektronene kunne bevege seg fritt, og ladningen fra overflaten vil bli fjernet.

Dette er grunnen til at tilsetning av vann til hår som kruser på grunn av statisk elektrisitet vil fjerne statisk elektrisitet. Vann som inneholder oppløste ioner - som tilfellet er med vann fra springen eller regnvann - er elektrisk ledende og vil fjerne ladningene som har samlet seg på håret.

Lading ved ledning og induksjon

Ledning refererer til overføring av elektroner når objekter er plassert i kontakt med hverandre. For eksempel kan en overflate som er positivt ladet få elektroner når den berører et nøytralt ladet objekt, noe som fører til at det andre objektet blir positivt ladet og det første objektet blir mindre positivt ladet enn det tidligere var.

Induksjon innebærer ikke en overføring av elektroner, og heller ikke direkte kontakt. Snarere bruker den prinsippet om at 'like ladninger frastøter og motsatte ladninger tiltrekker seg.' Induksjon skjer med to elektriske ledere, fordi de lar ladninger bevege seg fritt.

Her er et eksempel på lading ved induksjon. Tenk deg at to metallgjenstander, A og B, er plassert i kontakt med hverandre. Et negativt ladet objekt plasseres til venstre for objekt A, som frastøter elektronene på venstre side av objekt A og får dem til å flytte til objekt B. De to objektene skilles deretter, og ladningen omfordeles over hele objektet, forlater Objekt A positivt ladet og Objekt B negativt ladet totalt sett.

Kilder

• Beaver, John B. og Don Powers. Elektrisitet og magnetisme: Statisk elektrisitet, nåværende elektrisitet og magneter . Mark Twain Media, 2010.
• Christopoulos, Christos. Prinsipper og teknikker for elektromagnetisk kompatibilitet . CRC Press, 2007.
• Vasilescu, Gabriel. Elektronisk støy og forstyrrende signaler Prinsipper og anvendelser . Springer, 2005.