Статическое электричество что это такое простыми словами: Что такое статическое электричество?

Категория: Разное -Добавлено от alexxlab

Содержание

Что такое статическое электричество?

Все вещества состоят из крошечных частичек, которые называются атомами. Внутри атома находятся еще более мелкие частички – электроны, вращающиеся вокруг ядра, которое состоит из протонов и нейтронов. Электрон имеет отрицательный заряд, а протон положительный.

Обычно у атома равное количество отрицательных и положительных зарядов, благодаря чему атом является нейтральным, т. е. незаряженным. Но иногда электроны покидают свои орбиты, их притягивают другие атомы, имеющие положительный заряд из-за потери электрона.

Движение или поток электронов от одного атома к другому порождает форму энергии, которая называется электричеством. Когда электроны под действием силы движутся через проводник, например провод, поток энергии, который они создают, называется электрическим током. Работу такого электричества мы видим, когда включаем свет или смотрим передачу по телевизору.

Статическое электричество – это форма электричества, которое не течет, – это «отдыхающее» электричество.

Предметы имеют положительный электрический заряд, когда у некоторых их атомов неполный комплект электронов, и отрицательный заряд, когда часть их атомов имеет больше электронов, чем должно быть.

Статическое электричество легко получить, если потереть один о другой два предмета (сделанные из определенных материалов): при этом электроны с одного предмета переходят на другой, в результате чего один предмет приобретает положительный заряд, а другой отрицательный.

Положительно и отрицательно заряженные объекты притягиваются друг к другу, как магнит, – поскольку один из них желает сбросить лишние электроны, а другой, наоборот, получить их. Когда статическое электричество становится достаточно мощным, электроны перескакивают с одного предмета на другой в таком количестве, что это порождает видимую электрическую искру (электрический разряд).

А если одним из объектов, между которыми перескакивают электроны, являетесь вы, то вы почувствуете легкий «удар». (Свободные электроны могут присоединяться к атомам на поверхности вашей кожи. ) Молния, между прочим, представляет собой гигантскую электрическую искру, электрический разряд в результате накапливания статического электричества в туче во время грозы.

Статическое электричество

Статическое электричество — 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.

2. 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.
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.

3. 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 была покорена 13-я по высоте гора штата Монтана США. 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.

  • Герике создаёт первый электрический генератор, который вырабатывал статическое электричество благодаря трению. Генератор представлял собой стеклянный шар с
  • электростатического заряда с поверхности летательного аппарата в полёте. Статическое электричество для летательных аппаратов представляет собой более чем серьёзную
  • мире живут без электричества — ИА Финмаркет Калашников С. Г. Электричество — М., Наука, 1985 — 576 с. Эйхенвальд А. А. Электричество — М., Государственное
  • площадку единичной площади, расположенную перпендикулярно линиям.
    Статическое электричество Электростатический потенциал Электрическое поле Энциклопедический
  • учение об электричестве СПб.: К.Л. Риккер, 1893. Ч 1: Статическое электричество Физический эксперимент в школе. Т. 4, ч. 2. Электричество Галанин Д
  • усиливая сепарацию статического заряда разность потенциалов растёт. Таким образом, капельница Кельвина накапливает статическое электричество Для наилучшей
  • Юкино — Пу — тян По неясным причинам она притягивает к себе статическое электричество выводящее из строя всю переносную электронику, такую, как мобильные
  • взаимодействиями. В XVIII в. были сделаны попытки применить для той же цели статическое электричество На возможность такого применения было указано Маршаллом ещё в
  • автоцистерн аббревиатура УЗА предназначены для снятия зарядов статического электричества при любых технологических операциях слива — налива топлива как реального
  • от сотовых телефонов. Около 70 взрывов приходится именно на статическое электричество накоплению которого особенно способствует холодная сухая погода
  • предназначена для внутренних работ. Негорючая, не накапливает статическое электричество Материал состоит из натуральных или синтетических волокон, минеральных
  • банку мощный источник электричества Это дало возможность физикам начать исследования не только статического электричества но и динамического, то есть
  • Чувствителен к статическому электричеству Азид свинца: используется в детонаторах. Чувствителен к ударам, тряске и статическому электричеству Термически
  • покрывают и сглаживают кутикулы волоса, утолщая волос, уменьшая статическое электричество и добавляя волосам блеска. Кроме того, они увеличивают вес волос
  • Введение в учение об электричестве СПб. : К. Л. Риккер, 1893 — 1896. Ч 1: Статическое электричество Ч. 2: Динамическое электричество То же: 2 — е изд., испр
  • В конце концов Доктор поворачивает источник энергии далеков, статическое электричество против них самих и уничтожает. Выясняется, что именно Браген
  • к пробою затвора и выходу микросхемы из строя. Для защиты от статического электричества каждый вывод КМОП — микросхемы оснащают защитной схемой, в которую
  • основания схема молниезащиты и защиты резервуара от проявлений статического электричества распоряжения, акты на замену оборудования резервуаров технологические
  • В теории нелинейных цепей используются понятия статического и динамического сопротивлений. Статическим сопротивлением нелинейного элемента электрической
  • тема его докторской диссертации Исследование о распределении статического электричества по поверхности проводников, состоящих из разнородных частей относится
  • энергия проникает и заполняет всё вокруг, не относится к энергии статического электричества а также имеет синий цвет то есть данная энергия должна создавать
  • Совалова Электричество — 1945 — 3. Щедрин Н. Н. К вопросу о статической устойчивости электроэнергетических систем Электричество — 1945 — 9
  • голландских разработок создал элекитер англ. русск., генератор статического электричества Зарабатывал написанием сатирических романов и драм для театра
  • где он изобрёл революционный двигатель, использующий при работе статическое электричество Изобретение потенциально способно изменить мир. Как и Эллис Уайетт
  • обычно статического Данные в них записывались с помощью специальных устройств. Этот вариант дороже, из — за более высокой стоимости на статическое ОЗУ большого
  • особенностью персонажа является его способность вырабатывать статическое электричество большой мощности. Согласно сюжету в концовке Street Fighter II
  • ссылка Котласский бумажник, 28 01 05 3 Причина возгорания — статическое электричество Архивная копия от 24 октября 2014 на Wayback Machine На Краснокамском
  • вытяжной вентиляцией. При работе с Ф — 42 возможно скопление зарядов статического электричества Для уменьшения их скопления относительная влажность на рабочих
  • Заслуженный деятель науки РФ, академик АЭН. Бывший главный редактор журнала Электричество Владимир Андреевич Строев родился 22 августа 1937 года. Учился в институте
  • очистки разнообразной электроники ввиду своей устойчивости к статическому электричеству Считается, что впервые метёлки в виде палочек с привязанными

Статическое электричество: статическое электричество в быту, статическое электричество как избавиться, статическое электричество защита, статическое электричество простыми словами, статическое электричество на теле человека, статическое электричество в промышленности, статическое электричество для детей, статическое электричество источники его возникновения

Статическое электричество источники его возникновения.

Чем опасно статическое электричество? Законы и. Относительно земли напряжение во время статической электризации часто может достигать 100 тыс. вольт. Разряды статического электричества могут​.

Статическое электричество простыми словами.

Оптимальная организация рабочего места Статическое. Народ, почти всегда, когда выходишь из авто, бьёт статическим электричеством во время касания дери. Как нибудь лечится???. Статическое электричество как избавиться. Как статическое электричество влияет на работу. This page gives you all aspects of static electricity, the how and why. If you need a solution to a static electricity related problem you can also ask the expert.

Статическое электричество для детей.

СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО Научная электронная. В статье проанализированы возможные причины и источники появления статического электричества. На основе этой статьи выведены. Статическое электричество в быту. ПОЛИМЕРЫ И СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО. Основные причины возникновения статического электричества на производстве: контакт между двумя материалами и их отделение друг от друга. Статическое электричество защита. Статическое электричество на немецкий Русский Немецкий. Б основные рекомендации с учетом требований данных Правил по предотвращению опасных проявлений статического электричества, в частности,.

Статическое электричество в промышленности.

Статическое электричество что это такое, как генерируется и. СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО может вызвать взрывы при наличии большой концентрации горючих газов. Больше примеров предложений вы. Статическое электричество и причины его возникновения. О наличии полей статического электричества на судах указанных типов говорит также и слипание листов писчей бумаги в пачке. При их разделении.

Как избавить волосы от статического электричества Elle.

Заряд сохраняется, пока он не будет снят вследствие протекания электрического тока или разряда. Статическое электричество вызывается при контакте. Общие сведения о статическом электричестве в некоторых. Статическое электричество. Материал из Википедии свободной энциклопедии. Статическое электричество совокупность явлений, связанных с.

Статическое электричество: защита, возникновение Asutpp.

По теме Статическое Электричество. В один из зимних вечеров, перед новым годом, мы всей семьей пошли в гости к нашим хорошим знакомым. Что такое статическое электричество Лайфхакер. Статическое электричество возникает в результате прохождения кофейных зерен через измельчительный механизм кофемолки. Ваши кроссовки могут убить ваш компьютер: как работает. Это произошел всплеск статического электричества. Вот так можно накопить его. 2 Хороший ответ. Немного теории о статическом электричестве anti. Статическое электричество возникает на диэлектрических материалах. Величина заряда зависит от скорости движения трущихся тел, их материала и. Как снять статическое электричество: правила защиты ООО. Кулон – это основная единица статического заряда, определяющая количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника за 1.

Статическое электричество Интернет магазин ПрофЭлектро.

Разрядов статического электричества при различных технологических операциях. Термин статическое электричество первоначально относился к. Статическое электричество и защита от него Roz. Статическое электричество – это явление, спровоцированное появлением или исчезновением избыточного напряжения на. Статическое электричество на морском флоте. Статическое электричество и полупроводниковая электроника. М.И. Горлов Митрофан Иванович Горлов, д.т.н., проф. каф. полупроводниковой. Как снять статическое электричество? Методы от Юман как. От статического электричества никуда не денешься. Электростатические разряды ESD возникают сотни раз в день, а мы даже не замечаем этого. Электрический заряд. Статическое электричество. Статическое электричество возникает в результате неравенства зарядов ​отрицательного и положительного между двумя объектами. При разряде. Физика города: откуда берется статическое электричество и как. Почему возникает статическое электричество и какова его природа. Если Вас интересует этот вопрос читайте нашу статью!.

Как убрать статическое электричество с пледа? ТекстильПрофи.

Статическое электричество и его последствия. Существует еще один тип электрической энергии, повседневно встречающийся и опасный как для. Статическое электричество картинки фото, фотографии. Что такое статическое электричество и когда оно возникает. Меры и средства защиты от статического электричества. Какие оно. Статическое электричество Английский перевод – Словарь. Статическое электричество. Слово электричество происходит от греческого названия янтаря ελεκτρον. Янтарь это окаменевшая смола хвойных. Что вызывает статическое электричество? Hi. В месте, где присутствуют электромагнитные поля, происходит накапливание статического электричества. Оно окружает нас повсюду,. Как удалить статическое электричество. Если одежда искрит: 7 способов снять статическое электричество. Статическое напряжение образуется на ткани в любое время года, но зимой эта.

Статическое напряжение Статьи ЦентрЭнергоЭкспертизы.

Что такое статическое электричество? Источники возникновения статического поля и причины его генерирования. Сфера использования. Защита. Как сделать так, чтобы машина не била током Лайфхак. Статическое электричество возникает при трении одной поверхности о другую шапки или расчески о волосы, например или в. Что такое статическое электричество. Но одна опасность подстерегает любую электронику всегда, пока с ней взаимодействует человек, – статическое электричество. Откуда.

Что такое статическое электричество? ElectroFAQ.

Статическое электричество накапливается на одежде водителя и На кузове статический заряд аккумулируется в сухую и ветреную. Статическое электричество и его последствия Электроника. Эти опыты проводились ещё в 19 веке, на базе статического электричества был создан даже специализированный демонстрационный.

Как снять статическое электричество Журнал Домашний очаг.

Оптимальная организация рабочего места Статическое электричество: в силу уязвимости микросхем к повреждению их статическим электричеством. При прикосновении к телевизору я чувствую статическое. Статическое электричество – это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда. М.И.Горлов, Статическое электричество и VIVOS VOCO. Что такое статическое электричество? По мнению специалистов, причиной образования феномена статического электричества.

Статическое напряжение на кузове Ford Focus 2.

Чем опасно статическое электричество? Наш мир полон электричества. И это не только грозовые разряды в атмосфере. Хотя зрелище с. Молниезащита, атмосферное и статическое электричество. Усмиряем статическое электричество. Когда человек обладает искрометным юмором, к нему тянутся окружающие. А когда искры.

статическое электричество простыми словами, статическое электричество на теле человека, статическое электричество источники его возникновения

Что такое электрический ток? | Музей у Флика

Что такое электрический ток?

Электричество в жизни человека незаменимо. Без него бы не работал ни один известный нам прибор. Оно необходимо и роботам, и людям. Но мало кто может простыми словами объяснить, что такое ток, хотя мы пользуемся им каждый день.

 

Электричество производится на специальных электростанциях. Горючий материал (чаще всего это уголь или нефть) сжигается, генератор крутится, и его энергия превращается в электрический ток. Он поступает по проводам в наши дома, школы, больницы и приборы, которые работают от электричества.

 

Электричество есть и в батарейках, и в аккумуляторах. Именно от них работает большинство приборов. Многие аккумуляторы удобны, чтобы брать их с собой и подзаряжать телефоны, игрушки и гаджеты.

 

Существует также статическое электричество. Его можно увидеть в грозу, когда ударяет молния. Молния — это мощный электрический заряд, который очень опасен для человека. В быту со статическим электричеством можно столкнуться, снимая или надевая шерстяной свитер зимой. При этом можно услышать поскрипывание, а если выключить свет — то и увидеть крохотные искры.

Кто изобрел электричество?

Электричество — это природное явление, и говорить о том, кто его изобрел, не совсем корректно. Ответ на вопрос о том, когда появилось электричество, тоже однозначен: оно существует с самого начала истории Земли. Другое дело — узнать, когда человек научился пользоваться электричеством.

Попытки управлять статическим электричеством предпринимали еще древние греки. Как мореплаватели, они сталкивались со многими электрическими явлениями — молниями, блуждающими огнями, зарницами. Также они заметили, что, если натереть кусочек янтаря шерстью, он будет притягивать некоторые предметы.

Ученые-физики объединили магнетизм и электричество, чтобы понять, как ими управлять. 20 декабря 1879 года американский учёный Томас Эдисон запатентовал электрическую лампочку. Именно его в США принято считать изобретателем этого прибора. Многие ученые также пытались получать электричество из воздуха. Наибольших успехов в этом достиг Никола Тесла.

Электричество в нашем теле

Итак, электрический ток — это уникальное природное явление, которое человек смог подчинить своим нуждам. Но оно все еще опасно, и при работе с ним требуется предельная осторожность. Именно поэтому его тщательно изолируют от прямого доступа наших рук.

Электричество присутствует и в нашем организме. Наш мозг также работает по принципу передачи электрических импульсов. Именно благодаря этому мы запоминаем и передаем информацию. А показать это наглядно можно при помощи интересного пособия — интерактивной карты, над которой я сейчас работаю.

На выставке «Память и мозг» можно будет подробнее узнать о строении нашего мозга и о том, как работает механизм запоминания. Открытие уже скоро, а я пока заканчиваю работу над экспонатом.

Лигнин защитил древесину от статического электричества

Цвет материала с разным содержанием лигнина

Mertcan Özel et al. / Chemistry of Materials, 2020

Турецкие химики выяснили, что древесина не электризуется благодаря лигнину. Фенольные группы в его составе стабилизируют поверхностные механорадикалы и гасят заряд при контакте. Добавление всего пяти процентов лигнина в другие термопластичные полимеры понизило поверхностный заряд на 60-80 процентов. Статья опубликована в журнале Chemistry of Materials.

Если долго ходить по шерстяному ковру, то можно накопить на поверхности своего тела достаточно заряда, чтобы ударить током другого человека. Это одно из самых частых бытовых проявлений статического электричества. Еще одно следствие накопления статического электричества — молния (посмотреть на впечатляющие фотографии молний можно в нашем «Спрайты, эльфы и синие струи»). 

Уже давно ученые разрабатывают антистатики, чтобы противостоять износу и вредному электрическому потенциалу в промышленных приборах. Основной подход — добавление проводящих материалов (например, углеродного порошка, металлы или проводящие полимеры), так как заряд скапливается именно на поверхности диэлектриков. 

Для практического использования ученые составляют трибоэлектрические ряды, полученные измерением остаточного заряда после контакта различных материалов. Однако общего правила нет — слишком много факторов влияет на контактную электризацию (от кристалличности до влажности окружающей среды). Тем не менее древесина во всех рядах находится посередине между отрицательно-заряженными и положительно-заряженными — она не заряжается при контакте с другими материалами. Понять причину этого ученые до сих пор не могли.

Химики под руководством Бильге Байтекина (Bilge Baytekin) из Билкентского университета изучили электростатические свойства древесины и пришли к выводу, что антистатиком его делает лигнин. Для начала исследователи сравнили поверхностный заряд древесины с зарядом нейлона (положительный трибоэлектрик) и полидиметилсилоксана (отрицательный трибоэлектрик). Для электризации они прикладывали алюминиевую фольгу к образцам двести раз: нейлон зарядился положительно (2,7 нанокулон на квадратный сантиметр), полидиметилсилоксан зарядился отрицательно (-2,0 нанокулона на квадратный сантиметр), а древесина практически не зарядилась (с точностью до 20 пикокулон на квадратный сантиметр).

Схематическое изображение функциональных групп лигнина

Mertcan Özel et al. / Chemistry of Materials, 2020

Накопление заряда в ходе контакта с алюминиевой фольгой

Mertcan Özel et al. / Chemistry of Materials, 2020

Чтобы понять, почему древесина проявляет антистатические свойства, ученые рассмотрели состав древесины, который общий для всех видов — 30-50 процентов целлюлозы, 20-35 процентов гемицеллюлозы и 15-40 процентов лигнина. Так как целлюлоза и гемицеллюлоза сравнительно легко положительно электризуются, антистатические свойства приписывают лигнину. Чтобы это проверить, исследователи экстрагировали лигнин из древесины, сформировали из остатка таблетки и подвергли их испытаниям с нажимным механизмом из ПТФЭ, измеряя напряжение, необходимое для разрядки материала. Оказалось, что напряжение безлигниновой древесины (22 вольта) было в семь раз больше, чем у древесины лимба (3,2 вольта).

Затем ученые установили, как добавление лигнина влияет на свойства древесины и других полимеров. Химики легировали безлигниновую древисину лигнином с массовым содержанием в 1, 3, 5, 32 (натуральная древесина) и 50 процентов — даже добавление одного процента лигнина вдвое снизило холостое напряжение. Для полидиметилсилоксана добавление одного процента лигнина снизило поверхностный заряд на 52 процента. Тем не менее при легировании лигнином шероховатость пленки увеличивается — поэтому все дело в механизме разрыва лигнина на молекулярном уровне. Также введение пяти процентов лигнина уменьшило поверхностный заряд на полипропилене, полиэтилене, полистироле и полилактиде на 60-80 процентов.

Схема отделения лигнина

Mertcan Özel et al. / Chemistry of Materials, 2020

Холостое напряжение в зависимости от концентрации лигнина

Mertcan Özel et al. / Chemistry of Materials, 2020

Проявление антистатических свойств у полимеров после добавления лигнина

Mertcan Özel et al. / Chemistry of Materials, 2020

Авторы выбрали в качестве основного механизма контактной зарядки — разрыв химических связей, то есть после контакта на поверхности полимера остаются механоионы и механорадикалы. Лигнин — известный антиоксидант либо со своими стабильными радикалами, которые могут взаимодействовать с другими механорадикалами полимера, либо с фенольными группами в составе лигнина, которые стабилизируют механорадикалы за счет обмена водородом. Авторы предполагают, что фенольное содержание влияет в большей степени, так как их больше, чем стабильных радикалов.

Более того, химики изменили фенольные группы с помощью ацилирования — больше водород отдать они не могли — после этого лигнин перестал обладать антистатическими свойствами. Авторы проверили антистатические свойства березы, сосны, клена и скорлупы орехов — фенольный состав лигнина, оцененный с помощью углеродного ядерного магнитного резонанса, оказался схожим.

Содержание фенолов и поверхностный заряд у различных видов древесины: березы, клена, скорлупы ореха и сосны

Mertcan Özel et al. / Chemistry of Materials, 2020

Лигнин обладает не только антистатическими свойствами, но и отвечает за окраску дерева. Если его удалить, как и поступили американские ученые четыре года назад с липовым бруском, то можно получить прозрачную древесину, а если после этого залить ее эпоксидной смолой, то она станет в пять раз прочнее.

Артем Моськин

Как защитить оборудование вашего компьютера от статического электричества при работе на нем

Автор Архипов Егор На чтение 4 мин. Просмотров 560 Опубликовано

Независимо от того, собираете ли вы свой собственный компьютер, устанавливаете новую оперативную память или обновляете компоненты своего компьютера, вы будете открывать его и прикасаться к чувствительным электронным компонентам. При этом вы должны быть осторожны со статическим электричеством, которое может нанести вред вашему компьютеру.

Вам не нужно быть полностью параноиком по поводу статического электричества, и нет необходимости идти за борт и покупать антистатический коврик. Несколько основных мер предосторожности – это все, что вам нужно.

Как статическое электричество может повредить ваш компьютер


Если вы когда-нибудь дотрагивались до чего-то, почувствовали удар или потер шарик о ковер и приклеили его к стене, вы испытали статическое электричество в действии.

Статическое электричество является результатом разницы в электрическом заряде между двумя поверхностями. Например, если вы протерли свои покрытые носком ноги на ковре, ваши ноги соскребут электроны. Электроны дают вам отрицательный статический заряд, и когда вы дотрагиваетесь до другого объекта, например, за ручку двери, электроны переносятся на этот объект, уравнивая заряд. Вы почувствовали бы это как небольшой шок, когда вы касались объекта.

Такие удары могут повредить внутренние компоненты вашего компьютера. Вам не нужно беспокоиться об этом при обычном использовании компьютера, но если вы открыли корпус компьютера и касаетесь его внутренних компонентов, или просто вытаскиваете новую видеокарту или палку ОЗУ из сумки, в которой она находилась , вы хотите быть уверены, что у вас нет статического заряда, который уберет компоненты. Компоненты ПК, как правило, поставляются в антистатических пакетах, поэтому они не защелкиваются во время транспортировки или во время транспортировки.

Если вы уберете компонент, вы не увидите видимых повреждений. Но статическое электричество может привести к перегрузке – слишком большому количеству электричества – или короткому замыканию, которое может привести к необратимому повреждению компонентов.

Как защитить от статического электричества


Вам не нужно ничего покупать или делать все возможное, чтобы предотвратить повреждение статическим электричеством при работе с компонентами вашего компьютера. Эти простые советы помогут вам избежать статического электричества без какой-либо дополнительной работы.

  • Старайтесь не тереть носки о ковровое покрытие и снимайте шерстяные свитера, прежде чем приступить к работе. Такие материалы могут растираться и накапливать статическое электричество, которое вам не нужно при работе на вашем ПК.
  • Во время работы на компьютере оставляйте его подключенным к заземленной розетке (другими словами, к трехконтактной розетке). Обязательно полностью выключите питание с помощью основного выключателя питания на блоке питания, который вы, скорее всего, найдете на задней панели корпуса, а не на кнопке питания, которую вы используете каждый день. Прежде чем касаться внутренних компонентов, дотроньтесь рукой до металлической части корпуса компьютера. Это заземлит вас, нейтрализует ваш статический заряд. Теперь вы должны иметь возможность работать, не беспокоясь о статическом электричестве. Чтобы быть особенно осторожным, просто дотрагивайтесь до случая, чтобы статический заряд был нейтрализован и оставался заземленным. Вы также можете держать руку одной рукой в ​​течение всего времени, если вы действительно параноик – это будет держать вас все время.
  • Обязательно учитывайте статическое электричество, прежде чем прикасаться к каким-либо отдельным компонентам. Например, если вы заказываете новую видеокарту или флешку ОЗУ, заземлите себя таким образом, прежде чем вытащить компонент из антистатического пакета.
  • Если вы хотите стать более любопытным – возможно, вы компьютерный техник и делаете это все время – вы можете приобрести антистатический браслет. Чтобы использовать его, просто наденьте ремешок на запястье и закрепите его на корпусе ПК. Это обеспечивает постоянный контакт с корпусом, обеспечивая постоянное заземление, позволяя использовать обе руки внутри компьютера.

Вы можете пойти за борт и получить антистатический коврик, но эти советы должны быть более чем хорошими. Даже антистатический ремешок на запястье, вероятно, излишний для обычного гика, строящего ПК или играющего в нем.

Некоторые люди могут утверждать, что они никогда не следовали ни одной из этих процедур и никогда не повредили какое-либо оборудование. Это, вероятно, правда, но они счастливчики. При работе с оборудованием лучше всего следовать основным процедурам безопасности – нетрудно прикоснуться к корпусу вашего компьютера, прежде чем приступить к работе.

Изображение предоставлено: Карл-Мартин Сконторп на Flickr

изучаем статическое электричество – FIZI4KA

В этой главе…

  • Оцениваем электрический заряд и электрическую силу
  • Сканируем электрическое поле
  • Изучаем электрическое поле с помощью точечных зарядов
  • Создаем простое электрическое поле между пластинами конденсатора
  • Постигаем электрические потенциалы, измеряя напряжение
  • Связываем электрический потенциал с точечными зарядами

Вокруг нас все пронизано электричеством. В каждом атоме его собственные заряды вращаются с невероятной скоростью. Иногда электрические заряды проявляются совершенно неожиданно, например, ощущаются, как острое покалывание в момент касания наэлектризованной металлической дверной ручки или дверцы автомашины. А порой, наоборот, включая электрический свет, мы внезапно узнаем, что так остро необходимые электрические заряды куда-то пропали.

В этой главе повествование курса постепенно “электризуется”: в ней описываются причины того, почему избыток заряда на нашей одежде (например, из-за скопления слишком большого количества электронов) доставляет нам столь острые ощущения в момент разряда. Это пример типичного проявления статического электричества. Кроме того, в этой и следующей главах говорится о том, как ведут себя электрические заряды и как они становятся тем, что принято называть электрическим током. В данной главе речь идет об электрических зарядах, электрическом потенциале, электрических полях, силах, действующих между зарядами, и о многом другом. А все это начинается с мельчайших носителей заряда.

Плюс и минус: заряды электрона и протона

Атомы состоят из ядра с заряженными протонами и нейтральными нейтронами, а также из легких заряженных электронов, стремительно вращающихся вокруг ядра.

У заряженных частиц, электронов и протонов одинаковая величина заряда, равная:

где Кл означает кулон — используемая в СИ единица заряда (см. главу 2). Заряды протона и электрона соответственно равны +1,6·10-19 Кл и -1,6·10-19 Кл (считать заряд электрона отрицательным — это не более чем достигнутая в свое время договоренность). Таким образом, электроны — это частицы-носители электричества: как статического — при отсутствии движения заряженных частиц, так и динамического — с учетом движения заряженных частиц (например, электрический ток, который протекает по проводам). Итак, если имеется заряд, равный целому кулону, то какому количеству электронов он соответствует? Поскольку величина заряда каждого электрона равна 1,6·10-19 Кл, то получается, что:

Итак, чтобы получить заряд в 1 Кл, надо собрать 6,25·1018 электронов. Но если собрать вместе огромное количество электронов, то произойдет интересная вещь. Электроны разлетятся в сторону, подобно родственникам, разбегающимся в конце скучного семейного мероприятия.

Тяни и толкай: электрические силы

Воздействие электрических зарядов друг на друга проявляется в виде силы. Например, чтобы удержать в одном месте 6,25·1018 электронов, придется приложить немало усилий. Все объекты вокруг нас содержат электрические заряды, но если некий объект имеет избыточное количество электронов, то он обладает суммарным отрицательным зарядом, а если, наоборот, электронов ему не хватает, то этот объект обладает суммарным положительным зарядом.

Как известно, одноименные полюсы магнитов отталкиваются, а разноименные — притягиваются. На рис. 16.1 показаны шарики, подвешенные на ниточках и имеющие электрический заряд. Так вот, как и в случае с магнитами, пары шариков с одноименными зарядами (+ и + или — и -) будут отталкиваться друг от друга, а пары с разноименными зарядами (+ и — или — и +) — наоборот, притягиваться друг к другу.

Подбираемся к закону Кулона

Недостаточно просто говорить о положительности или отрицательности заряда, надо еще указывать их числовые значения. Насколько велики силы, действующие между заряженными телами? Это зависит от того, насколько велики заряды и насколько далеко они находятся друг от друга. В главе 5 говорится о другой силе, действующей между телами, — силе всемирного тяготения:

где ​\( F \)​ — это сила, ​\( G \)​ — универсальная гравитационная постоянная, ​\( m_1 \)​ — масса первого тела, \( m_2 \) — масса второго, а ​\( r \)​ — расстояние между ними. Аналогично, в результате лабораторных измерений можно убедиться, что сила взаимодействия электрических зарядов выражается таким образом:

В данном случае \( q_1 \) и \( q_2 \) — это два взаимодействующих заряда, измеренных в кулонах, ​\( r \)​ — расстояние между ними, а ​\( k \)​ — коэффициент пропорциональности.

(В системе СГСЭ единица измерения заряда выбрана таким образом, что коэффициент ​\( k \)​ = 1, а сам символ \( k \) принято опускать в формуле закона Кулона. 2 \)​ называется законом Кулона. Этот закон определяет величину силы, действующей между электрическими зарядами. Обратите внимание, что если заряды имеют одинаковый знак, то действующая между ними сила является положительной, т.е. заряды будут отталкиваться друг от друга. А если заряды имеют противоположные знаки, то действующая между ними сила является отрицательной, т.е. заряды будут притягиваться друг к другу.

Притягиваем заряды

Важным компонентом закона Кулона является расстояние между заряженными телами (см. два предыдущих раздела). Допустим, два точечных объекта разнесли на 1 м друг от друга и придали каждому из них заряд в 1 Кл: одному — отрицательный, а другому — положительный. Какую силу нужно приложить, чтобы преодолеть их притяжение друг к другу? Подставим численные значения в формулу закона Кулона:

Чтобы не дать шарикам сойтись, нужно приложить силу в 8,99·109Н. Значение неправдоподобно большое — оно равносильно весу груза с массой примерно 560000 т или весу 10 наполненных нефтяных танкеров. Забавный вывод: следует хорошо подумать, прежде чем придавать точечным объектам заряды в 1 Кл. Как видите, между такими зарядами возникает чудовищно большое электрическое взаимодействие.

Вычисляем скорость электронов

Благодаря круговой орбите электрона можно связать между собой две силы: электростатическую и центростремительную (глава 10). Известно, что каждый атом водорода состоит из одного электрона, который вращается вокруг одного протона. Размеры атома водорода слишком малы, чтобы все это увидеть, но известно, что электрон носится вокруг протона очень быстро. Тогда возникает вопрос — насколько быстро? Как известно, между протоном и электроном действует электростатическая сила притяжения. При условии, что орбита электрона круговая, эта сила обеспечивает центростремительную силу (глава 10). Таким образом, электростатическую силу по закону Кулона можно приравнять к центростремительной силе:

Масса электрона и радиус его орбиты равны соответственно 9,1·10-31 кг и 5,29·10-11 м. Итак, взяв значения, требуемые для вычисления электростатической силы (константу ​\( k \)​, а также заряды электрона и протона), получим:

Полученная сила, действующая между электроном и протоном, обеспечивает центростремительную силу, поэтому:

Вычисление дает для ​\( v \)​ значение 2,19·106 м/с или около 7,88 млн. км/ч! Попробуйте представить себе эту скорость; она равна где-то 1% от скорости света.

Изучаем силы, действующие между несколькими зарядами

Если в задаче рассматривается взаимодействие зарядов, то совсем не обязательно, что их будет только два. И если зарядов все-таки больше двух, то для вычисления результирующей силы, приложенной к любому из них, придется использовать векторы. (Подробнее о векторах можно узнать в главе 4.)

Посмотрите на рис. 16.2, где показаны три взаимодействующие заряда: один положительный и два отрицательных. Какова результирующая сила, действующая на положительный заряд?

На положительный заряд ​\( Q \)​ действуют силы, вызванные двумя отрицательными зарядами ​\( Q_1 \)​ и \( Q_2 \); на рис. 16.2 эти силы обозначены, как \( F_1 \) и \( F_2 \). Суммой \( F_1 \) и \( F_2 \) является \( F_{рез} \). Пусть \( Q_1 \) = \( Q_2 \) = -1,0·10-8 Кл, ​\( Q \)​ = 3,0·10-8 Кл, а все заряды, как показано на рисунке, расположены на осях X и Y в 1,0 см от начала координат. Чему равна\( F_{рез} \)? С помощью теоремы Пифагора (глава 2) получаем ​\( \theta \)​ = 45°. По величине ​\( F_1=F_2 \)​, поэтому:

Какова величина \( F_1 \)?

Итак, \( F_1 \) равняется 1,9·10-2 Н, и можно найти результирующую силу, действующую на положительный заряд:

Итак, величина результирующей силы, действующей на положительный заряд, получена в виде векторной суммы (глава 4) и равняется 2,7·10-2 Н.

Действие на расстояние: электрические поля

Чтобы найти силу, действующую между двумя зарядами, надо знать величину (значение) каждого из них. А когда зарядов целое множество, то не исключено, что и их значений также целое множество. Что если к имеющемуся множеству зарядов кто-то другой захочет добавить еще и пробный заряд (т.е. заряд, используемый специально для измерения действующих на него сил)? Допустим, что величина этого нового пробного заряда не известна. Может, 1 Кл? А почему бы не 1,0·10-8 Кл или 1,0·103 Кл?

Чтобы описать, как имеющееся множество зарядов будет воздействовать на чей-то другой пробный заряд, физики ввели понятие электрическое поле. Для определения силы взаимодействия поля от имеющегося множества зарядов достаточно умножить величину пробного заряда на величину напряженности поля в той точке, где он находится. Вот как определяется напряженность ​\( \mathbf{E} \)​ электрического поля:

где \( \mathbf{F} \) обозначает силу, действующую на пробный заряд со стороны имеющегося множества зарядов, a ​\( q \)​ — величина пробного заряда. Напряженность выражается в ньютонах на один кулон (Н·Кл-1). Обратите внимание, что речь идет о векторной величине, т. е. имеющей модуль и направление (глава 4).

Другими словами, напряженность электрического поля в той или иной точке — это сила, которая бы действовала в ней на пробный заряд в один кулон. Направление напряженности совпадает с направлением силы, вызываемой в данной точке каким-либо положительным зарядом.

Представим, что вы перемещаете по горизонтали заряд в 1 Кл. День солнечный, погода прекрасна, но тут нежданно-негаданно заряд оказывается в электрическом поле с напряженностью 5 Н/Кл, направленной противоположно его движению (рис. 16.3).

Что же происходит? На объект с зарядом 1 Кл внезапно действует сила, направленная противоположно его движению:

Если изменить направление движения объекта с зарядом 1 Кл, то эта сила будет направлена уже по ходу его движения. Польза понятия “электрическое поле” состоит в следующем: по напряженности поля можно определить силу, действующую на заряд в этом поле. Если заряд в точке положительный, то направление этой силы будет совпадать с направлением напряженности поля в этой точке, а если заряд отрицательный, то сила будет направлена в противоположную сторону.

Так как напряженность электрического поля в любой точке — это результирующий вектор (обладающий, как известно, величиной и направлением), то его можно вычислить путем сложения составляющих его векторов (об особенностях такого сложения говорится в главе 4). Посмотрите на рис. 16.4, где показаны (в виде векторов напряженности) два исходных электрических поля, “горизонтальное” и “вертикальное”, расположенные в одной и той же области. Образуемое ими общее электрическое поле имеет напряженность, равную векторной сумме их напряженностей.

По всем направлениям: электрические поля от точечных зарядов

Не все электрические поля выглядят так просто как те, что показаны на рис. 16.3. Как, например, выглядит электрическое поле от точечного заряда? Под точечным подразумевается заряд очень малого физического объекта. Известно, что заряд ​\( Q \)​ создает электрическое поле, но какое? Благодаря формуле напряженности электрического поля, ​\( E=F/q \)​, ответить на этот вопрос достаточно просто. 2 \)​. Она является вектором (глава 4), но куда направлен этот вектор? Чтобы узнать это, вернемся к пробному заряду ​\( q \)​ и предположим, что он является положительным (помните, что напряженность электрического поля определяется как сила, действующая на положительный заряд в один кулон).

В любом месте электрического поля сила, действующая из ​\( Q \)​ на \( q \), является радиальной, т.е. направленной по прямой, которая соединяет центры двух зарядов. Если заряды \( Q \) и \( q \) положительны, то сила, действующая на \( q \), будет направлена не к \( Q \), а в противоположную сторону. Таким образом, напряженность электрического поля в любой точке будет также направлена в противоположную от \( Q \) сторону. Это можно увидеть на рис. 16.5, где электрическое поле изображено в виде так называемых линий поля, использовать которые впервые предложил Майкл Фарадей в XIX веке.

Глядя на линии поля, можно получить хорошее качественное представление электрического поля (не путать с количественным представлением, т. / чисел). И когда в точке А линии поля ближе друг к другу, чем в точке В, то это значит, что в точке А поле сильнее, чем в точке В. Кроме того, обратите внимание, что линии поля расходятся от положительных зарядов и, наоборот, сходятся к отрицательным зарядам (рис. 16.5).

Как определить величину электрического поля от нескольких зарядов? В таком случае напряженности полей в каждой точке надо складывать как векторы. Например, имея два точечных заряда, положительный и отрицательный, получим электрическое поле, показанное на рис. 16.6.

Линии поля (как те, что показаны на рис. 16.6) начинаются на положительном заряде и заканчиваются на отрицательном заряде, т.е. они не могут начинаться или заканчиваться в точке пространства без заряда.

Заряжаем конденсатор: электрические поля между плоскими пластинами

Вычисление электрического поля от множества точечных зарядов, о котором говорилось в предыдущем разделе, в общем случае представляет собой довольно сложную задачу сложения векторов (глава 4). Чтобы облегчить себе жизнь, физики используют модели простых полей. Рассмотрим модель простого поля в плоском конденсаторе. Вообще говоря, конденсатором (не обязательно плоским) называется объект, способный сохранять заряд: положительный и отрицательный заряды хранятся отдельно, чтобы они притягивались друг к другу, но не могли самостоятельно соединиться.

На рис. 16.7 показан пример конденсатора с двумя плоскими пластинами: на одной пластине равномерно распределен заряд ​\( +q \)​, а на другой — заряд ​\( -q \)​. Все компоненты напряженностей полей, созданных точечными зарядами, на этих пластинах взаимно компенсируют друг друга, за исключением тех компонент, которые направлены перпендикулярно пластинам. Другими словами, между параллельными пластинами конденсатора создаются постоянные электрические поля, работать с которыми легче, чем с полями точечных зарядов.

В результате достаточно долгих вычислений можно сделать вывод, что электрическое поле между пластинами постоянно (если пластины находятся друг от друга достаточно близко), а его напряженность равна:

где ​\( \varepsilon_0 \)​ — это электрическая постоянная, равная 8,85·10-12 Кл2·Н-1·м-2 (см. один из предыдущих разделов этой главы), ​\( q \)​ — общий заряд на каждой из пластин (на одной и на другой из них заряд соответственно равен \( +q \) и \( -q \)), \( A \) — это площадь каждой пластины. Формулу еще можно записать с помощью плотности заряда ​\( \sigma \)​ на каждой пластине, где ​\( \sigma=q/A \)​ (заряд, приходящийся на единицу площади). Тогда формула будет выглядеть таким образом:

Модель плоского конденсатора значительно облегчает жизнь физика потому, что напряженность электрического поля постоянна и имеет постоянное направление (с положительной пластины на отрицательную), поэтому для вычисления напряженности поля не важно, в каком месте между пластинами измеряется напряженность поля.

Повышаем напряжение: электрический потенциал

Электрические поля (см. предыдущий раздел) — это еще не все, что относится к электричеству. Для изучения электричества придется использовать и другие понятия. Например, для работы с электрическими силами удобно использовать понятие потенциальной энергии, или энергии, “запасенной” в теле или в системе тел. В механике вполне естественно связывают работу силы и потенциальную энергию: например, подъем груза в поле силы тяжести связывается с увеличением потенциальной энергии ​\( \Delta W \)​, т.е. энергии, накапливаемой в теле благодаря его новому положению:

где ​\( m \)​ означает массу, ​\( g \)​ — ускорение свободного падения в поле силы тяжести, ​\( h_1 \)​ и \( h_2 \) — соответственно конечную и начальную высоту. Так как в электрическом поле на заряды действует сила, то можно говорить о потенциальной энергии и в электрических полях. Такой энергией является потенциальная энергия электрического поля, а ее изменение создает новую величину, которая называется напряжением и является движущей силой электрического тока.

Вычисляем потенциальную энергию электрического поля

Потенциальная энергия электрического поля — это потенциальная энергия, “запасенная” в электрическом поле. При знакомстве с понятием энергии в главе 8 мы также познакомились с понятием работы. Предположим, что положительный заряд перемещается по направлению к положительно заряженной пластине, как показано на рис. 16.8. Как они будут взаимодействовать друг с другом? Линии поля идут от положительных зарядов к отрицательным, а показанный на рисунке одиночный положительный заряд взаимодействует с положительно заряженной пластиной. Поскольку этот заряд имеет положительный знак, то действующая на него сила будет отталкивать его от положительно заряженной пластины, то есть вправо в плоскости рисунка. Кроме того, одиночный заряд будет притягиваться отрицательно заряженной пластиной справа от него.

Итак, каким будет изменение потенциальной энергии положительного заряда при перемещении его между пластинами справа налево против силы, направленной в обратную сторону? Работа ​\( A \)​ по перемещению заряда должна равняться увеличению его потенциальной энергии. Формула такой работы имеет следующий вид:

где ​\( F \)​ и ​\( s \)​ означают соответственно силу и перемещение. Сила, приложенная к положительному заряду, равна ​\( qE \)​, где ​\( q \)​ — это величина заряда, а ​\( E \)​ — напряженность электрического поля, в котором он находится. В результате получаем для формулы работы следующее выражение:

Эта величина работы равна увеличению потенциальной энергии заряда ​\( \Delta W \)​. Если электрическое поле постоянно по направлению к модулю напряженности, то можно сказать, что изменение потенциальной энергии:

Для характеристики электрического поля физики придумали понятие напряженность электрического поля, которая определяется, как сила, действующая со стороны поля на точечный объект с зарядом 1 Кл (см. один из предыдущих разделов этой главы о действии на расстоянии с помощью электрического поля). Аналогично, для характеристики изменения потенциальной энергии электрического поля между точками А и Б физики ввели понятие электрическое напряжение.

Потенциалы и напряжение

На языке физики напряжение — это разность электрических потенциалов (т. е. потенциальной энергии электрического поля, приходящейся на единицу заряда), или просто разность потенциалов. Эта величина определяется как отношение работы электрического поля при переносе пробного заряда из точки А в точку Б к величине пробного заряда. Единицей измерения напряжения в системе СИ является вольт (В), 1 В = 1 Дж/1 Кл. Напряжение обозначается символом ​\( U \)​.

Электрический потенциал ​\( U \)​ в определенной точке представляет собой электрическую потенциальную энергию ​\( W \)​ пробного заряда, деленную на величину этого заряда ​\( q \)​:

Таким образом, напряжение — это изменение потенциальной энергии заряда в один кулон. Работа ​\( A \)​ по перемещению в плоском конденсаторе положительного заряда ​\( q \)​ с отрицательной пластины на расстояние ​\( s \)​ по направлению к положительной пластине (см. выше) равна:

Эта работа равна изменению потенциальной энергии заряда при перемещении на расстояние ​\( s \)​ от отрицательной пластины, поэтому потенциал в месте нахождения заряда вычисляется по следующей формуле:

Предположим, что ваше внимание привлекла машина, стоящая на обочине дороги с открытым капотом. На вопрос: “В чем дело?” водитель отвечает: “Машина не едет”.

Желая помочь бедняге, вы достаете свой вольтметр и пытаетесь протестировать аккумулятор машины. Вольтметр показывает 12 В и, похоже, проблема совсем не в этом, но поскольку вы увлечены самим процессом изучения электричества, то вас уже не остановить.

Если 12 В — это изменение потенциальной энергии при перемещении заряда в один кулон от одной клеммы аккумулятора к другой, то какую работу нужно выполнить для перемещения между этими клеммами одного электрона? Как известно:

поэтому

Попавший в затруднение водитель с интересом наблюдает за этими манипуляциями. Поскольку величина заряда электрона равна 1,6·10-19 Кл (см. выше первый раздел в этой главе о заряде электрона и протона), то, подставляя в эту формулу численные значения, получим:

Спустя несколько мгновений вы гордо заявляете: “На перемещение одного электрона между клеммами аккумулятора требуется 1,92·10-18 джоулей”.

У водителя пропадает всякая надежда, и не удивительно, что после ваших слов он смотрит на вас со странным выражением лица…

Оказывается, энергия сохраняется даже в электрическом поле

Как известно, при переходе системы объектов из состояния 1 с полной энергией ​\( E_1 \)​ в состояние 2 с полной энергией \( E_2 \) (где полная энергия является суммой кинетической ​\( K \)​ и потенциальной ​\( W \)​ энергии, см. главу 8) полная энергия сохраняется:

Оказывается, что полная энергия системы объектов сохраняется и в электрическом поле. Допустим, что пылинка с массой 1,0·10-5 кг столкнулась с отрицательно заряженной пластиной плоского конденсатора и получила заряд —1,0·10-5 Кл. Очевидно, что отрицательно заряженная пылинка будет притягиваться положительной пластиной и начнет движение к ней.

Разность потенциалов между пластинами составляет 30 В. Какова будет скорость пылинки, когда она столкнется с положительной пластиной (если не учитывать сопротивление воздуха)? Так как полная энергия сохраняется, то потенциальная энергия пылинки на отрицательной пластине к моменту ее столкновения с положительной пластиной уменьшится на величину возрастания кинетической энергии (​\( \Delta K={}^1\!/\!_2mv^2 \)​). Величину уменьшения потенциальной энергии пылинки можно найти с помощью формулы:

Подставляя в нее численные значения, получим:

Это уменьшение потенциальной энергии превращается в увеличение кинетической энергии:

Подставляя численные значения, получим:

В результате несложных вычислений получим:

Иными словами, пылинка столкнется с положительной пластинкой на скорости, примерно равной 7,75 м/с, или 27,9 км/ч.

Электрический потенциал точечных зарядов

Разность потенциалов, или напряжение ​\( U \)​ (см. предыдущий раздел), между пластинами конденсатора зависит от расстояния ​\( s \)​ между положительно и отрицательно заряженными пластинами (подробнее о конденсаторах рассказывается выше в этой главе):

Сложнее определить потенциал точечного объекта с зарядом ​\( Q \)​, ведь его электрическое поле совсем не такое постоянное, как между пластинами конденсатора. Как вычислить потенциал на произвольном расстоянии от точечного заряда? Сила, действующая на пробный заряд ​\( q \)​, вычисляется по формуле:

где ​\( k \)​ означает константу, равную 8,99·109 Н·м2/Кл2, а ​\( r \)​ — расстояние между точечным объектом с зарядом ​\( Q \)​ и пробным зарядом ​\( q \)​.

Напомним, что напряженность ​\( E \)​ в любой точке вокруг точечного заряда ​\( Q \)​ выражается формулой:

Итак, чему равен электрический потенциал точечного заряда? На бесконечности он равен нулю.

Если перенести пробный заряд на более близкое расстояние ​\( r \)​ от точечного заряда, то изменение его потенциала ​\( U \)​ будет равно выполненной работе ​\( A \)​, деленной на величину пробного заряда ​\( q \)​:

Это потенциал в вольтах, полученный для любой точки на расстоянии ​\( r \)​ от точечного заряда ​\( Q \)​ и равный нулю на расстоянии ​\( r=\infty \)​. Сказанное имеет смысл, если не забывать, что потенциал — это работа по переносу пробного заряда в определенное место, деленная на величину пробного заряда. Возьмем, например, протон ​\( Q \)​ = +1,6·10-19 Кл, расположенный в центре атома водорода. На расстоянии 5,29·10-11 м от протона по свой обычной орбите движется электрон. Какой потенциал будет на таком расстоянии от протона? Вам известно, что:

Подставив в формулу числа, получаем:

Итак, электрический потенциал на указанном расстоянии от протона равен 27,2 В. А это немало для столь крошечного (почти точечного) заряда.

Как и электрические поля, электрический потенциал можно представить графически (только не в виде линий поля, а в виде эквипотенциальных поверхностей). Эквипотенциальными называются поверхности с одинаковым потенциалом. Так как, например, потенциал точечного заряда зависит от расстояния (или радиуса сферы), то эквипотенциальными поверхностями точечного заряда являются сферы, расположенные вокруг этого заряда (рис. 16.9).

А как насчет эквипотенциальных поверхностей между пластинами плоского конденсатора? Как вам известно, при перемещении положительного заряда с отрицательно заряженной пластины на расстояние ​\( s \)​ по направлению к положительно заряженной пластине разность потенциалов имеет вид:

Иначе говоря, потенциал на эквипотенциальной поверхности зависит только от расстояния до пластин. Например, на рис. 16.10 две эквипотенциальные поверхности показаны между пластинами конденсатора.

Сохраняем заряд с помощью емкости

Конденсатор способен хранить противоположные электрические заряды. Они удерживаются отдельно так, чтобы они притягивались друг к другу, но не могли самостоятельно соединиться, например перейти с одной пластины на другую в плоском конденсаторе.

Каков заряд конденсатора? Он зависит от емкости ​\( C \)​ конденсатора. Заряды на обеих пластинах конденсатора равны друг другу (только противоположны по знаку) и связаны с напряжением ​\( U \)​ между пластинами и емкостью \( C \) конденсатора следующей формулой:

где \( q \) и \( C \) — это соответственно заряд и емкость. В плоском конденсаторе напряженность \( E \) электрического поля определяется следующей формулой:

где ​\( \varepsilon_0 \)​ — электрическая постоянная, а ​\( A \)​ — площадь пластины. Для связи напряжения ​\( U \)​ между пластинами, расположенными на расстоянии ​\( s \)​ друг от друга, и напряженности ​\( E \)​ электрического поля используется следующая формула:

Поэтому:

Так как ​\( q = CU \)​, то из предыдущей формулы получим:

В системе СИ единицей измерения емкости является фарада (Ф), 1 Ф = 1 Кл/1 В.

Неплохо, но это еще не все. В большинстве конденсаторов между пластинами находится не воздух, а специальный наполнитель — диэлектрик. Диэлектрик — это материал, который плохо проводит электрический ток и увеличивает емкость конденсатора пропорционально своей диэлектрической проницаемости \( \varepsilon \). Итак, если пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено диэлектриком с диэлектрической проницаемостью \( \varepsilon_0 \), то емкость увеличивается в соответствии с формулой:

Например, диэлектрическая проницаемость слюды (минерала, широко используемого в конденсаторах) примерно равна 5,4, таким образом делая емкость конденсатора примерно в 5,4 раза большей, чем у того же конденсатора с вакуумом между пластинами, потому что диэлектрическая константа вакуума равна 1.

Конденсатор содержит заряды, расположенные отдельно друг от друга, но способные соединиться, и потому обладает связанной с этим потенциальной энергией. Ведь, чтобы разделить эти заряды, нужно затратить определенную работу. 2 \)​ можно вычислять энергию, хранящуюся в плоском конденсаторе, и выражать ее в джоулях (Дж).

Глава 16. Электризуемся: изучаем статическое электричество

Оценка

Эксперимент со статическим электричеством – Развитие ребенка

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *