Staattinen sähkö
Staattinen sähkö, ilmiö, joka tunnetaan muinaisista ajoista lähtien sen kiehtovista vetovoimasta ja torjunnasta esineiden jälkeen.Varhaiset kokeilut materiaaleilla, kuten lasi, silkki, parafiinivaha ja villa, auttoivat rakentamaan sähköstaatian ymmärtämistä.Historiallisten hahmojen, kuten Charles Dufayn ja Benjamin Franklinin, merkittäviä panoksia auttoivat kehittämään teorioita näkymättömistä voimista pelissä, ja lopulta tunnistettiin sähkövaraus elektronien liikkeeksi.Leyden -purkin löytäminen vuonna 1745 ja keksijöiden kaltaisten keksijöiden edistysaskeleet mahdollistivat suurempien staattisten maksujen tuottamisen, edistäen edelleen sähköstatiikan tutkimusta.Charles Coulombin työt varautuneiden hiukkasten välisistä voimista tarjosi syvemmän käsityksen näistä ilmiöistä.Tämä artikkeli perustuu staattisen sähkön historiaan, teorioihin ja käytännön sovelluksiin korostaen sen vaikutuksia tieteelliseen ajatukseen ja teknologiseen innovaatioon.
Luettelo
Kuva 1: Staattinen sähkö
Historialliset löytöt
Vuosisatoja sitten huomattiin, että tietyt materiaalit, kuten lasi ja silkki, houkuttelevat toisiaan sen jälkeen, kun ne on hierottu yhteen.Tämä mielenkiintoinen tapahtuma ei rajoittunut lasiin ja silkkiin;Muilla yhdistelmillä, kuten parafiinivahalla ja villalla, osoittivat samanlaista käyttäytymistä.Kokeilijat näkivät, että vaikka hierovat erityyppisiä materiaaleja houkutteli toisiaan, samat materiaalit työnsivät toisiaan pois.
Lisätutkimukset osoittivat, että kaikki vetovoiman tai torjumisen aiheuttamat materiaalit voitiin sijoittaa kahteen ryhmään: houkuttelee lasia ja hylätty vahalla tai lasin hylkääminen ja vahan houkutus.Tämä ryhmittely ehdotti, että materiaalit jakautuivat kahteen kirkkaaseen luokkaan niiden sähköominaisuuksien perusteella.
Kuva 2: Vaha- ja villakankaan vetovoima
Varhaiset teoriat ja kokeet
Näkymättömät muutokset, jotka aiheuttavat vetovoimaa tai torjumista, saivat varhaiset kokeilijat ajattelemaan näkymättömien "nesteiden" siirtoa hieron aikana.Charles Dufay osoitti, että tiettyjen esineparien hankaaminen loi kahta erillistä muutosta, mikä johti joko vetovoiman tai torjuntaan materiaalien välillä.Dufayn havainnot osoittivat, että materiaalit voitaisiin ryhmitellä heidän käyttäytymisensä perusteella hieromisen jälkeen: Jotkut materiaalit houkuttelivat toisiaan, kun taas toiset hylkäsivät toisiaan.
Näiden havaintojen perusteella Benjamin Franklin ehdotti teoriaa, joka sisälsi yhden tyyppisen nesteen.Franklinin mukaan esineiden hankaaminen yhdessä ei liittynyt kahta erilaista nestettä, vaan aiheutti pikemminkin yhden nesteen epätasapainon, jota hän kutsui sähkövaraukseksi.Objekteissa voi olla joko liikaa (+) tai liian vähän (-) tästä nesteestä.Franklinin ehdot tähän olivat "positiivinen varaus" (+) siitä, että niillä oli liikaa ja "negatiivisia varauksia" (-) liian vähän.
Franklinin hypoteesi tarjosi yksinkertaisemman tavan ymmärtää staattista sähköä.Hän ehdotti, että materiaalien välillä havaittu vetovoima ja torjuminen johtui tämän yhden sähkövarauksen epätasapainosta.Tämä ajatus loi perustan jatkotutkimukselle ja sähkövarauksen mahdollisen tunnistamisen elektronien liikkeeksi.
Franklinin panokset
Benjamin Franklin teki kokeita materiaaleista, kuten vaha ja villa staattisen sähkön ymmärtämiseksi.Hän ajatteli, että näiden materiaalien hankaaminen toisiinsa liikutti näkymätöntä nestettä niiden välillä.Hän uskoi, että villa otti osan tästä nesteestä vahasta, aiheuttaen epätasapainon, joka sai nämä kaksi materiaalia houkuttelemaan toisiaan.
Franklin kutsui vahan varausta "negatiiviseksi", koska hänen mielestään sillä oli vähemmän tätä nestettä.Hän kutsui villan varausta "positiiviseksi", koska hän ajatteli, että sillä oli enemmän nestettä.Vaikka tiedämme nyt, että tämä "neste" on oikeastaan elektronien liike, Franklinin termejä "positiivisia" ja "negatiivisia" maksuja käytetään edelleen.Tämä terminologia pysyy, koska se kuvaa tarkasti elektronivirtauksen suuntaa: materiaalista, jolla on enemmän elektroneja (-) yhdelle, jolla on vähemmän elektroneja (+).
Sähkövarauksen määrittäminen
Ranskan fyysikko Charles Coulomb mitatti 1780 -luvulla sähkövarausta vääntötasapainolla.Hänen kokeilunsa johtivat Sähkövarausyksikön Coulombin määritelmään.Coulombin työ osoitti, että kahden pisteen maksun välinen voima oli verrannollinen heidän maksujensa tuotteeseen ja käänteisesti verrannollinen niiden välisen etäisyyden neliöön.Yksi coulomb vastaa noin 6,25 × 10^18 elektronia, ja yhden elektronin varaus on noin 0,00000000000000000016 coulombs.
Atomin koostumus
Kuva 3: Atomin koostumus
Lisäkokeet osoittivat, että kaikki aine on tehty atomista, jotka koostuvat kolmesta pääpartikkelista: protoneista, neutroneista ja elektroneista.Protoneilla on positiivinen (+) varaus, elektroneilla on negatiivinen (-) varaus ja neutronit eivät ole varauksia.
Atomin rakenne sisältää ytimen ja elektronikuoret.Atomin keskellä sijaitseva ydin sisältää protoneja ja neutroneja, jotka ovat tiiviisti sidottuja toisiinsa.Tämä tiukka sitoutuminen antaa ytimelle stabiilisuuden ja määrittelee atomin alkuaineidentiteetin.Protonien lukumäärän muuttaminen muuttaa atomin toiseksi elementille.
Elektronit kiertävät ytimen alueilla, joita kutsutaan elektronikuoriksi.Toisin kuin protonit ja neutronit, elektronit eivät ole tiukasti sitoutuneet ytimeen.Eri voimat voivat helposti siirtää niitä, mikä johtaa sähköiseen epätasapainoon.Kun elektronit siirtyvät atomista toiseen, tämä luo sähkövarauksen.
Elektronien kyky liikkua vapaammin protoneihin ja neutroneihin on avain staattisen sähkön ilmiöön.Kun tietyt materiaalit hieroavat yhteen, elektronit siirretään materiaalista toiseen, aiheuttaen yhden esineen olevan positiivisesti varautuneita (puutteellisia elektroneja) ja toisesta negatiivisesti varautumisesta (joilla on ylimääräisiä elektroneja).Tämä elektronien liike on staattisen sähkön perusta.
Staattinen sähkö selitettiin
Staattinen sähkö tapahtuu, koska esineiden välillä on elektronien epätasapainoa.Kun tiettyjä materiaaleja hierotaan yhdessä, elektronit - negatiivisesti varautuneet hiukkaset - liikkuvat materiaalista toiseen.Tämä siirto saa yhden esineen saada elektroneja, jotka ovat negatiivisesti varautuneita, ja toinen menettää elektroneja, jolloin muuttuu positiivisesti.Tämä elektronien liikkuminen luo sähkövarauksen epätasapainon, jolla on yksi materiaali, jolla on enemmän elektroneja (negatiivinen varaus) ja toisella on vähemmän elektroneja (positiivinen varaus).
Objektit, joilla on vastakkaiset maksut, houkuttelevat toisiaan, kun taas esineet, joilla on sama varaus, torjuvat toisiaan.Siksi hiuskeppeihin hierottu ilmapallo seinään.Ilmapallo, joka on nyt negatiivisesti varautunut elektronien hankkimisesta hiuksista, houkuttelee neutraaliin tai positiivisesti varautuneeseen seinään.
Päivittäisiä esimerkkejä staattisesta sähköstä ovat ilmapallo- ja hiusskenaario sekä kuivausvaatteet.Ilmapallojen tapauksessa hieronsiirrot siirtävät elektroneja, jolloin ilmapallo on negatiivisesti varautunut ja aiheuttaen sen tarttuvan neutraaliin seinään.Samoin vaatteiden kuivausrummussa kitka vaatteiden välillä siirtää elektroneja, aiheuttaen staattisen takertuvan vaatteiden tarttuessa toisiinsa vastakkaisten maksujen takia.
Triboelektrinen vaikutus
Kuva 4: Triboelektrinen vaikutus
Triboelektrinen vaikutus tapahtuu, kun kaksi erilaista materiaalia hieroa yhteen, aiheuttaen elektronien liikkumisen materiaalista toiseen.Tämä liike tekee yhden materiaalin positiivisesti varautuneena (koska se menettää elektroneja) ja toisen negatiivisesti varautuneen (koska se saa elektroneja).
Tämä vaikutus selittää monia päivittäisiä kokemuksia staattisesta sähköstä.Esimerkiksi, kun hierot ilmapalloa hiuksillesi, elektronit liikkuvat hiuksista ilmapalloon.Seurauksena on, että hiuksesi latautuvat positiivisesti ja ilmapallo latautuu negatiivisesti.Vastakkaiset maksut houkuttelevat toisiaan aiheuttaen hiukset tarttumaan ilmapalloon.
Triboelektrinen vaikutus riippuu mukana olevien materiaalien ominaisuuksista.Jotkut materiaalit luopuvat helposti elektroneista, kun taas toiset houkuttelevat ja pitävät niitä kiinni.Tätä taipumusta kuvataan triboelektrinen sarja, joka luokittelee materiaalit sen perusteella, kuinka todennäköisesti ne saavat tai menettävät elektroneja.
Kun kaksi materiaalia triboelektrisen sarjan vastakkaisista päistä hierotaan yhteen, elektronien siirto on merkittävämpi, mikä johtaa voimakkaampaan staattiseen varaukseen.Esimerkiksi lasi (jolla on taipumus menettää elektroneja) silkillä (jolla on taipumus saada elektroneja) johtaa huomattavaan staattiseen varaukseen.
Käytännölliset sovellukset
Vaikka sitä pidetään usein ärsyttävänä, staattisella sähköllä on monia hyödyllisiä käyttötarkoituksia:
Kserografinen tulostus
Kuva 5: Kserografinen tulostus
Kserografinen tulostus riippuu staattisesta sähköstä työhön.Tätä tekniikkaa käytetään kopiokoneissa ja lasertulostimissa.Tässä on yksityiskohtainen katsaus miten se toimii:
Kopiokoneen tai tulostimen sisällä olevalle valojohtavalle rumpulle annetaan ensin staattinen varaus.Tämä rumpu voi pitää sähkövarauksen ja reagoi valoon.Kun kopioitavan asiakirjan kuva projisoidaan rummuun, valo saa staattisen varauksen poistumaan sille alttiilla alueilla, kun lataus pysyy pimeillä alueilla, joilla ei ole valoa.
Seuraavaksi väriaine, joka on hieno jauhe, jolla on positiivinen varaus, sirotellaan rummuun.Positiivisesti varautuneet väriaineen tarttuvat rummun negatiivisesti varautuneille alueille, joilla valo ei ole neutraloinut.Tämä luo rummun jauhemaisen kuvan asiakirjasta.
Sitten rumpu rullaa paperin yli, siirtäen väriainekuvan paperille.Lopuksi paperi kulkee lämmitettyjen telojen parin läpi, jota kutsutaan kiinnityslaitteeksi.Sulakarin lämpö ja paine sulaa väriainehiukkaset, jolloin ne tarttuvat paperiin pysyvästi.
Koko prosessi tapahtuu erittäin nopeasti ja tehokkaasti, mikä mahdollistaa korkealaatuisten kopioiden ja tulosteiden nopean tuotannon.Staattisen sähkön käyttö kserografisessa tulostuksessa on loistavaa perusperiaatteiden perusperiaatteita, muuttaen ne käytännölliseksi tekniikaksi, jota käytämme päivittäin.
Sähköstaattiset ilmansuodattimet
Kuva 6: Sähköstaattiset ilmansuodattimet
Sähköstaattiset ilmansuodattimet käyttävät staattista sähköä ilman puhdistamiseen poistamalla hiukkaset, kuten pöly, siitepöly ja muut epäpuhtaudet.Näin he toimivat yksityiskohtaisemmin:
Ensinnäkin suodatin ladataan staattisesta sähköstä.Tämä voi tapahtua muutamalla tavalla.Yksi yleinen menetelmä on käyttää sähkökenttää suodatinmateriaalin lataamiseen.Toinen tapa on kulkea ilmaa johtimien ruudukon läpi, jotka lataavat hiukkasia ilmassa kulkeessaan läpi.
Kun suodatin on varautunut, se houkuttelee ja vangitsee hiukkasia ilmasta.Ladattu suodatin toimii kuin magneetti pölylle ja muille pienille hiukkasille.Kun nämä hiukkaset tulevat lähelle suodatinta, sähköstaattinen varaus vetää ne sisään, aiheuttaen niiden tarttumisen suodattimeen.Tämä tekee ilmasta kulkevan paljon puhdistusainetta.
Sähköstaattiset ilmansuodattimet ovat erittäin tehokkaita, koska ne voivat kaapata hyvin pieniä hiukkasia, joita muun tyyppiset suodattimet saattavat unohtaa.Tähän sisältyy paitsi pöly ja siitepöly, myös savu, bakteerit ja jopa joitain viruksia.Tämän korkean hyötysuhteen takia niitä käytetään usein paikoissa, joissa ilmanlaatu on paljon, kuten kodeissa, joissa on allergiapotilaita, tai teollisuusympäristöissä, joissa puhdasta ilmaa tarvitaan sekä terveyteen että tuotteen laatuun.
Yksi sähköstaattisten ilmansuodattimien tärkeimmistä eduista on, että niitä voidaan käyttää uudelleen.Sen sijaan, että vaihtaisit suodattimen joka kerta, kun se likaantuu, voit puhdistaa sen ja laittaa sen takaisin.Tämä tekee heistä ympäristöystävällisempiä ja kustannustehokkaampia ajan myötä.Suodatin on kuitenkin tarpeen puhdistaa säännöllisesti, jotta se toimii hyvin.Jos suodatin likaantuu, se ei voi enää pitää hiukkasia, ja ilmanlaatu kärsii.
Van de Graaff -generaattori
Kuva 7: Van de Graaff -generaattori
Fyysikko Robert J. Van de Graaffin luoma Van de Graaff -generaattori 1930 -luvulla on kone, joka tuottaa suuria jännitteitä staattisen sähkön avulla.Tämä laite toimii siirtämällä sähkövaraus metalliselle pallolle hihnan läpi.Vyön liikkuessa se kantaa latauksen palloon, missä se rakentuu.Tämä prosessi voi tuottaa jännitteitä, jotka saavuttavat miljoonia voltteja, mikä tekee Van de Graaff -generaattorista erittäin hyödyllisen tieteellisissä kokeissa, etenkin hiukkasfysiikassa, jossa sitä käytetään hiukkasten nopeuttamiseen.
Michael Faradayn kokeilut vuonna 1832 osoittivat, että staattinen sähkö on sama kuin paristojen ja generaattoreiden valmistama sähkö.Faraday osoitti, että molemmat sähkötyypit voivat aiheuttaa samoja kemiallisia ja fysikaalisia vaikutuksia, kuten kemiallisten yhdisteiden hajottamista ja magneettikenttien luomista.Hänen työnsä osoitti, että kaikentyyppiset sähkötyypit tulevat samasta perusilmiöstä: sähkövarauksen liike.
Van de Graaff -generaattori ja Faradayn löytöt ovat vaikuttaneet suuresti ymmärrykseenmme sähköstä.Van de Graaff -generaattori, jolla on kyky tuottaa suuria jännitteitä, on ollut erittäin hyödyllinen edistäessään hiukkasfysiikan tutkimusta.Sen avulla tutkijat voivat nopeuttaa hiukkasia suuriin nopeuksiin, mikä mahdollistaa aineen ja voimien perusosien tutkimisen.
Faradayn työ puolestaan loi perustan ymmärryksemme sähköstä yhtenä ilmiönä.Todistamalla, että staattinen ja virran sähkö ovat periaatteessa samat, hän yhdisti erityyppiset sähköilmiöt.Tämä ymmärrys on ollut erittäin hyödyllinen erilaisten sähköteknologioiden ja sovellusten kehittämisessä.
Yhdessä nämä kehitykset osoittavat, kuinka tieteelliset löytöt liittyvät niiden käytännön käyttöön.Van de Graaff -generaattori ja Faradayn kokeet eivät ole vain syventäneet teoreettista tietomme sähköstä, vaan myös johtaneet merkittäviin teknologisiin kehityksiin.
Sähköstaatiikka laajassa mittakaavassa
1600-luvun puolivälissä keksijät alkoivat tehdä sähköstaattisia koneita, jotka voisivat luoda paljon suurempia maksuja kuin yksinkertaisella hankauksella.Nämä koneet toimivat kiertävien pyörien tai sylinterien avulla, jotka on valmistettu eristysmateriaaleista, kuten lasi tai rikki.Jatkuva kitka materiaaleilla, kuten kankaalla tai turkissa, näillä materiaaleilla, mikä mahdollistaa merkittävien sähköisten kipinöiden ja staattisten varausten tuotannon.
Yksi varhaisimmista tunnetuista sähköstaattisista koneista rakensi vuonna 1660 Otto von Guericke Magdeburgissa, Saksassa.Guericken kone käytti pyörivää rikkipalloa, joka hieroessaan voisi tuottaa voimakkaita staattisia varauksia.Tämä keksintö merkitsi suurta etenemistä sähköstaatian tutkimuksessa.
Pieter Van Musschenbrochin Leydenin Leydenissä, Hollannissa sijaitsevan Leyden -purkin keksintö muutti edelleen kentän.Leyden -purkki on pohjimmiltaan lasipurkki, joka on osittain päällystetty metallikalvolla ja ulos, jolloin se voi varastoida suuren staattisen varauksen.Yhdistämällä kaksi Leyden -purkkia sähköstaattiseen koneeseen - yhden negatiivisen varauksen pitämiseksi ja toinen positiivinen varaus - oli mahdollista kerätä suuria määriä staattista sähköä.
Nämä edistykset mahdollistivat paljon suurempien ja vaarallisempien kipinöiden luomisen.Esimerkiksi lukion fysiikkakokeessa leyden -purkkeilla varustettu sähköstaattinen kone voisi tuottaa kipinän 15 senttimetriä pitkään, aiheuttaen väliaikaisen halvaantumisen, jos se on vahingossa vapautettu ihmisen käden läpi.
Aina suurempien sähköstaattisten maksujen saavuttamisesta tuli jonkin verran tieteellistä suuntausta 1800-luvun puolivälissä.Amerikassa Benjamin Franklin käytti sähköstaattisia koneita kalkkunoiden sähköistämiseen ruokapöydälle.Vuonna 1750 ranskalainen fyysikko Abbe Nollet esitti dramaattisen mielenosoituksen pitämällä yli tuhat karthusialaista munkkia kädestä ympyrässä, kun hän vapautti massiivisen Leyden -purkin.Kaikkien munkkien samanaikainen hyppy osoitti sähkön purkamisen hetkellisen nopeuden.
Sähköstaattisten koneiden ja salamapulttien tuottamien kipinöiden samankaltaisuus ei jäänyt huomaamatta.Kesäkuussa 1752 Benjamin Franklin suoritti kuuluisan leijakokeensa testatakseen, oliko salama todella jättiläinen sähköinen kipinä.Ukkosta aikana Franklin ja hänen poikansa käyttivät leijaa siirtämään sähkövarauksen myrskypilvistä Leyden -purkkiin, todistaen lopullisesti, että salama oli sähköinen ilmiö.Tämä koe johti salaman sauvan keksimiseen, laitteeseen, joka suojaa rakennuksia turvallisesti johtamalla salama iskuihin maahan.
Franklinin teoreettiset panokset olivat myös erittäin merkityksellisiä.Hän esitteli termit "positiiviset" ja "negatiiviset" sähkövarauksille ja osoitti kokeilujen avulla, että hankatun esineen negatiivisen varauksen määrä on täsmälleen yhtä suuri kuin hankaavan kohteen positiivinen varaus.Tämä oli iso askel kohti ajatusta varauksen säilyttämisestä, jonka mukaan eristetyn järjestelmän kokonaisvaraus pysyy samana.
Salama ja sähköstaatiikka
Kuva 8: Salama ja sähköstatiikka
Vuonna 1752 Benjamin Franklin teki tunnetun leijakokeensa osoittaakseen, että salama on sähköinen purkaus.Ukkosta, Franklin lensi leijan, jonka metalliavain kiinnitettiin merkkijonoon.Kun salama osui leijaan, avain sähköistyi, todistaen hänen ideansa olevan oikea.Tämä koe osoitti, että salama on eräänlainen sähkövapaus, kuten staattisen sähkön tekemät kipinät.
Tämän suuren löytön jälkeen Franklin keksi salaman sauvan.Salamatanko on yksinkertainen, mutta tehokas työkalu, joka on valmistettu rakennusten suojaamiseksi salamalakoilta.Siinä on terävä metallitanko, joka on asetettu rakennuksen korkeimpaan pisteeseen, joka on kytketty maahan johtavan johdon kanssa.Kun salama iskee, sauva ohjaa sähkövarauksen turvallisesti lanka alas ja maan päälle pysäyttäen rakennuksen vaurioita.
Franklinin salaman sauva toimii, koska sauvan terävä piste tekee ilmasta sen ympärillä ionisoivan, luomalla helpon polun sähkövuotoon.Tämä polku ohjaa salaman energian pois rakennuksesta, vähentäen tulen ja rakenteellisten vaurioiden riskiä.Franklinin keksintö oli suuri askel eteenpäin luonnollisten sähkötapahtumien ymmärtämisessä ja käsittelyssä, mikä tarjosi hyödyllisen ratkaisun mahdollisesti erittäin haitalliselle ongelmalle.
Coulombin laki
Kuva 9: Coulombin laki
Charles Coulombin kokeet olivat erittäin hyödyllisiä sähköstaattisen voiman ymmärtämisessä.Hän huomasi, että kahden sähkövarauksen välinen voima vähenee nopeasti, kun niiden välinen etäisyys kasvaa.Periaatteessa, kun siirrät maksuja kauempana toisistaan, niiden välinen voima heikentyy paljon.Tämä ajatus on samanlainen kuin Newtonin gravitaatiolaki, jonka mukaan kahden massan välinen painovoima vähenee myös niiden välisen etäisyyden kasvaessa.
Coulombin laissa pääidea on, että maksujen välinen voima heikentyy, jos lisäät etäisyyttä ja vahvempaa, jos vähennät etäisyyttä.Tämä käyttäytyminen on kuin se, kuinka painovoima toimii, mutta Massojen ja painovoiman käsittelemisen sijaan Coulombin laki käsittelee sähkömaksuja.
Tämä tieto on erittäin hyödyllinen selittämään monia sähköisiä asioita.Esimerkiksi, jos kaksinkertaistat kahden varautuneen esineen välisen etäisyyden, voima, joka vetää tai työntää niitä yhteen, heikentyy paljon.Toisaalta esineiden lähettäminen lähemmäksi tekee voimasta paljon vahvemman.
Coulombin laissa on monia käyttötarkoituksia tieteessä ja tekniikassa.Se auttaa suunnittelemaan elektronisia osia, kuten kondensaattoreita, ymmärtämään, kuinka atomit liittyvät toisiinsa, ja ennustamaan, kuinka staattinen sähkö käyttäytyy eri tilanteissa.Coulombin työ loi perustan nykyaikaisille sähkömagneettisuuden ideoille ja on edelleen erittäin merkittävä fysiikan ja sähkötekniikan tutkimukselle.
Jännite ja ampeeri
Sähkövirta on pohjimmiltaan elektronien virtaus johtimen läpi.Tällä virtauksella on kaksi pääominaisuutta: jännite ja ampeeri.Jännite, jota kutsutaan myös sähköpotentiaaliksi, on voima, joka työntää elektroneja piirin läpi, samanlainen kuin putken vedenpaine.Amperage tai virran virtaus on piirin läpi liikkuvien elektronien lukumäärä, kuten putken läpi virtaavan veden määrä.
Jokapäiväisessä kotitalousjärjestelmässä vakiojännite on yleensä noin 120 volttia.Eri laitteet käyttävät erilaisia määriä ampeeria niiden voimien tarpeiden perusteella.Esimerkiksi hehkulamppu käyttää pientä määrää virtaa, kun taas suuri laite, kuten uuni tai pesukone käyttää paljon enemmän.
Sähkövoima, jonka nopeus sähköenergiaa käytetään tai tuotetaan, lasketaan kertomalla jännite ja ampeeri (p = V × I).Tämä tarkoittaa, että laite, joka toimii 120 volttia ja 10 ampeeria virtaa, käyttää 1200 wattia tehoa.
Staattinen sähkö, toisaalta, voi luoda erittäin suuria jännitteitä, mutta siihen liittyy yleensä erittäin alhainen ampeeri.Siksi staattisesta sähköstä saamamme iskut voivat olla yllättäviä, mutta ovat yleensä vaarattomia.Korkea jännite voi helposti työntää elektroneja ilman läpi aiheuttaen kipinän, mutta alhainen ampeeri tarkoittaa, että kyseinen kokonaisenergia on hyvin pieni.
Sähköstaatiikka jokapäiväisessä elämässä
Staattinen sähkö on jotain, jota kohtaamme usein jokapäiväisessä elämässä.Kun kävelet maton yli tai otat hattu, saatat saada shokin, kun kosketat metalliobjektia.Tämä tapahtuu, koska kehosi kerää sähkö latauksen.
Tämä lataus kasvaa, kun elektronit siirtyvät asiasta toiseen.Esimerkiksi, kun kävelet matolla, elektronit liikkuvat matosta kenkiisi, mikä tekee kehostasi negatiivisesti latautuneen.Kun kosketat metalliobjektia, joka mahdollistaa helposti sähkön virtauksen, kehon ylimääräiset elektronit liikkuvat nopeasti metalliin aiheuttaen pienen sähköiskun.
Tämä vaikutus on vahvempi, kun olet erotettu maasta materiaaleilla, jotka eivät salli sähkön virtausta helposti, kuten kumipohjaiset kengät.Nämä materiaalit estävät elektronien pakenemasta helposti maahan, aiheuttaen varauksen kerääntymisen vartaloosi.Joten isku, jonka tunnet, on elektronien nopea liikkuminen kehostasi johonkin, joka voi johtaa sähköä.
Johtopäätös
Staattisen sähkön tutkiminen varhaisista havainnoista merkittäviin tieteellisiin löytöihin osoittaa, kuinka ymmärryksemme sähköilmiöistä on kehittynyt.Uteliaisuus siitä, miksi materiaalit houkuttelevat ja torjuvat toisiaan, johtivat uraauurtaviin teorioihin, kuten Charles Dufay ja Benjamin Franklin.He huomasivat, että elektronien liikkuminen on sähkövarauksen perusta.Sähköstaattisten koneiden ja Leyden -purkin luominen antoi tutkijoille mahdollisuuden tuottaa ja tutkia suuria staattisia maksuja.Tämä työ huipentui Franklinin osoitukseen, että salama on sähköinen purkaus.Charles Coulomb vahvisti edelleen staattisen sähkön periaatteet muotoilemalla sähkövoimat.Nämä löytöt eivät ole vain edistyneitä teoreettisia tietoja, vaan myös johtaneet käytännön sovelluksiin, kuten kserografiseen tulostukseen, sähköstaattisiin ilmansuodattimiin ja Van de Graaff -generaattoriin.Staattisen sähkön ymmärtäminen on avainasemassa jokapäiväisessä kokemuksessa ja tieteellisissä pyrkimyksissä, mikä korostaa sen roolia fysiikassa ja tekniikassa.
Usein kysyttyjä kysymyksiä [UKK]
1. Kuinka lopetan järkyttyneen kaikesta, mitä kosketat?
Lopettaaksesi järkyttyneen kaikesta, mitä kosketat, lisäämään kosteutta ympäristössäsi kostutin avulla.Kengät, joissa on nahkapohjat kumin sijasta, voi auttaa, koska nahka ei luo niin paljon staattista sähköä.Ennen kuin kosketat mitään muuta, yritä koskettaa metalliobjektia purkaaksesi staattisen muodostumisen kehostasi.
2. Kuinka maadoittaa itsesi staattisen sokin välttämiseksi?
Staattisen iskun estämiseksi kosketa usein maadoitettua metalliobjektia.Antistaattisten rannekkeiden tai maadoitusmattojen käyttäminen voi myös auttaa poistamaan staattista sähköä kehostasi vähentämällä mahdollisuutta saada järkytystä.
3. Mikä laukaisee staattisen?
Staattinen sähkö tapahtuu, kun materiaalit hierovat toisiaan vastaan.Yksinkertaiset toimet, kuten käveleminen matolla, sukat, synteettisten kangasvaatteiden poistaminen tai jopa tietyntyyppisten huonekalujen istuminen, voivat aiheuttaa elektronien liikkumisen materiaalista toiseen.Tämä liike luo epätasapainon, mikä johtaa staattiseen sähköän.
4. Miksi saan sähköiskuja, kun kosketan jotain?
Saat sähköiskiä, kun kosketat jotain, koska kehosi on rakentanut staattisen latauksen.Kun kosketat johtavaa esinettä, kuten metallia tai muuta henkilöä, rakennettu varaus virtaa nopeasti kehostasi, mikä johtaa shokkiin.
5. Kuinka välttää staattista sähköä PC: llä?
Voit välttää staattista sähköä tietokoneellasi, käytä antisistaattista ranteen hihnaa työskennellessäsi tietokoneen sisällä.Varmista, että tietokoneesi asetetaan maadoitettuun pintaan, ja vältä työskentelyä kuivissa ympäristöissä.Voit myös käyttää antisistaattisia mattoja tai suihkeita staattisen muodostumisen vähentämiseksi työalueen ympärillä.