Статическое электричество это кратко: Статическое электричество

Содержание

Статическое электричество

Определение 1

Электростатика — раздел учения об электричестве, изучающий взаимодействие неподвижных электрических зарядов.

История

Существование электростатических взаимодействий уже было известно в глубокой древности. Двадцать шесть веков назад, греческий философ и математик Фалес из Милета ($620$-$540$ г. до н.э.) заметил, что на ткань, которой протирают янтарь, притягивается древесная щепка. Название электричества происходит от греческого слова ήλεκτρον, что означает янтарь.

Электростатические явления возникают из-за сил, которые электрические заряды оказывают друг на друга. Такие силы описываются законом Кулона. Электростатика предполагает накопление заряда на поверхности объектов из-за контакта с другими поверхностями.

Статическое электричество

Все тела состоят из большого количества строительных блоков — атомов и молекул. Молекулы в свою очередь, состоят из двух или более атомов. Каждый атом имеет положительно заряженное ядро, вокруг которого перемещаются отрицательно заряженные электроны.

Замечание 1

Атомы можно рассматривать в качестве носителей электрических зарядов. Атомы, как правило, электрически нейтральны.

Статическое электричество представляет собой совокупность явлений, связанных с появлением несбалансированного электрического заряда на материалах с низкой электропроводностью (диэлектрики, изоляционные материалы) или на проводящих объектах (например, человеческое тело).

Когда различные материалы собраны вместе и затем разделены, происходит накопление электрического заряда, поэтому один материал становится положительно заряженным, а другой становится отрицательно заряженным. Небольшой «удар», который можно получить при прикосновении к заземленному объекту после хождения по ковру является примером избыточного электрического заряда, который накопился в теле от фрикционного заряда между обувью и ковром. Полученный заряд на теле может генерировать сильный электрический разряд. Несмотря на это, эксперименты со статическим электричеством могут быть интересны, подобные искры создают серьезные опасности в тех отраслях, которые связанны с горючими веществами, где небольшая электрическая искра может воспламенить взрывоопасную смесь и в дальнейшем будут катастрофические последствия.2$

Это говорит о том, что сила взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между их центрами. Этот закон был опубликован в $1785$ году, Чарльзом Кулоном.

Электрическое поле

Электрические силовые линии полезны для визуализации электрического поля. Линии поля начинаются c положительного заряда и заканчиваются на отрицательном заряде. Электрические силовые линии параллельны направлению электрического поля, а плотность этих силовых линий является мерой величины электрического поля в любой заданной точке. Электрическое поле $\vec{E}$ является векторным полем, которое может быть определено всюду, за исключением того места, где находятся точечные заряды (где оно расходится до бесконечности).

Согласно закону Кулона, этот пробный заряд будет испытывать силу, которая может быть использована для определения электрического поля: $\vec{F} = q\cdot \vec{E} ⃗$

Закон Гаусса

Закон Гаусса утверждает, что

«полный электрический поток через любую замкнутую поверхность в свободном пространстве любой формы, проведенный в электрическом поле пропорционален общему электрическому заряду, который находится в данной области».3 r$

Защита от статического электричества. Возникновение и действие

Статическое электричество возникает вследствие сохранения зарядов электростатического поля на диэлектрических материалах. Оно отрицательно влияет на жизнь человека и эксплуатацию электрических устройств. Образование искр от статического электричества способствует пожарам и взрывам. Мощности энергии вполне хватит для возгорания газовоздушных смесей и пыли.

Заряд статического электричества может накапливаться на теле человека, если на нем одежда из шерсти или из химических волокон. Величина потенциала около 7 Джоулей не составляет опасности для человека, однако способна вызвать судороги и сокращения мышц. А это в свою очередь может создать условия для травмы на работе, падения с высоты и т.д.

Статическое электричество отрицательно влияет на функционирование точных приборов, радиосвязи, вызывает неисправности в работе. Работники, на которых постоянно воздействует статическое электричество, чаще болеют сердечно-сосудистыми заболеваниями и болезнями нервной системы.

Только защита от статического электричества способна свести к нулю или вовсе не допустить возникновение этого отрицательного явления.

Источники статического электричества
  • Действие различных излучений.
  • Резкое изменение температуры.
  • Взаимодействие тел друг с другом при движении.

Это явление оказывает негативное влияние и представляет опасность. Защита от статического электричества позволяет полностью предотвратить или значительно уменьшить его действие.

В бытовых условиях статическое поле часто возникает на шерсти животных, при снятии синтетической одежды, расчесывании волос, при ношении резиновой обуви, хождении по ковру в шерстяных носках, пользовании пластмассовыми изделиями.

Электростатическое поле не угрожает жизни человека, при разряде образуется слабый ток, который не способен слишком навредить организму человека. Он может создать лишь некоторое некомфортное состояние. Для предотвращения такого эффекта необходимо соблюдать всего лишь несколько простых правил: в морозную и сухую погоду не гладить животных, медленнее снимать шерстяную одежду, либо обработать ее специальным составом, при расчесывании волос применять деревянную или металлическую расческу.

Накапливанию электростатической энергии способствуют:
  • Железобетонные стены здания.
  • Слишком сухой воздух.

Для электронных устройств заряд электростатического поля является злейшим врагом. Некоторые элементы электронных устройств не способны выдержать высокие напряжения, возникающие при разряде. Чувствительные элементы могут выйти из строя или ухудшить свои параметры работы.

Если объектом воздействия электрического поля станут легковоспламеняющиеся жидкости, это создаст условия для их воспламенения. Эти жидкости при перевозке в цистернах могут накопить статический заряд. Также заряд возникает и от механизма или человека, подошедшего к ним близко. Поэтому в промышленном производстве, где имеются легковоспламеняющиеся жидкости, большое внимание уделяют устройству заземления подвижных конструкций, механизмов. Для пошива обуви и специальной одежды на производстве также применяются специальные ткани, которые не способны накапливать электрический заряд.

Принцип действия

Разберемся, как образуется статический заряд. В нормальном состоянии физические тела обладают одинаковым числом отрицательных и положительных частиц. За счет этого баланса создается нейтральное состояние тела. При нарушении нейтрального состояния тело получает электрический заряд одного полюса.

Статикой называется состояние тела в покое, когда оно находится без движения. В веществе тела может возникать поляризация, которая выражается в передвижении зарядов между частями тела, либо от находящегося рядом предмета.

Вещества электризуются из-за разделения тел, изменения зарядов во время трения, резкого изменения температуры, облучения. Заряды электрического поля находятся на поверхности тела или удалены от поверхности на расстояние, равное межатомному расстоянию. Если тела не заземлены, то заряды концентрируются на контактной площади, а при наличии заземления заряд уходит в контур заземления.

Процессы накапливания зарядов и их стекание происходят в одно время. Тело электризуется при условии получения им большего заряда энергии, по сравнению с расходуемым зарядом. В результате становится понятно, что защита от статического электричества должна отводить накапливаемые заряды на заземляющий контур.

Величина статического электричества

Все физические вещества имеют свою характеристику на трибоэлектрической шкале, в зависимости от их способности создавать электрические заряды различных полюсов при трении. Основные такие вещества изображены на рисунке.

Чтобы иметь представление о размерах возникающих статических зарядов, рассмотрим несколько примеров:
  • Вращающийся шкив с приводным ремнем способен зарядиться до 25000 вольт.
  • Кузов автомобиля, движущегося по сухой дороге, может получить заряд до 10000 вольт.
  • Человек в шерстяных носках при хождении по сухому ковру способен накопить заряд на теле до 6000 вольт.

В результате становится понятно, что напряжение электростатического поля может достигнуть значительных размеров даже в быту. Этот заряд не причиняет человеку значительного вреда ввиду его малой мощности. Разряд протекает через большое сопротивление и исчисляется в нескольких долях миллиампера.

Влажность воздуха также снижает электростатический заряд. Она влияет на значение потенциала тела во время прикосновений с разными материалами. Поэтому защита от статического электричества может заключаться в применении увлажнителей воздуха.

В природной среде существует статическое электричество, достигающее огромных значений. Например, при движении облаков между ними возникают большие потенциалы энергии, которые выражаются в разрядах молнии. Мощность этих разрядов вполне хватит, чтобы сжечь деревянный дом или расколоть ствол многолетнего дерева.

В бытовых условиях при разрядах электростатического поля человек чувствует мелкие пощипывания в пальцах, видны искры от трения шерстяной одежды, снижается работоспособность человека. Электростатическое поле негативно влияет на состояние человека, но явных повреждений не наносит.

Существуют измерительные приборы, способные точно измерить значение статического потенциала накопленного заряда на теле человека и на корпусе какого-либо устройства.

Защита от статического электричества

Существуют различные методы защиты от разрядов электростатического поля, как в быту, так и в промышленных условиях. Они имеют свои отличия. Рассмотрим подробнее каждые из них.

Защита в бытовых условиях

Каждый человек должен представлять опасность, которую несут статические разряды для организма. Их необходимо знать, и уметь их ограничивать. Для решения этой задачи организуются разные мероприятия по обучению людей методам защиты, в том числе телепередачи.

На этих мероприятиях людям объясняют, откуда и как появляется статическое поле, методы его измерения и приемы выполнения профилактической работы. Например, чтобы избежать неприятных ощущений статического поля, для расчесывания волос целесообразно использовать деревянные расчески, вместо пластиковых. Дерево имеет нейтральные характеристики, и во время трения не создает заряды электростатического поля. В магазинах можно без труда приобрести деревянную расческу любой формы и вида.

Чтобы предотвратить образование статического потенциала на кузове автомобиля при езде по сухому дорожному покрытию, применяют специальные антистатические ленты, которые фиксируются сзади автомобиля на днище кузова. В торговой сети можно без труда выбрать любой вариант такой ленты.

Если автомобиль ничем не защищен от возможного разряда накопленного заряда потенциала, то напряжение можно снимать временным заземлением кузова автомобиля путем его соединения с землей через металлическую часть. Для этого можно использовать ключ зажигания. Снимать напряжение в обязательном порядке необходимо перед тем, как заправлять автомобиль бензином.

Когда на одежде из химических волокон образуется статический заряд, то рекомендуется пользоваться «Антистатиком». Это специальный баллончик в виде аэрозоля, который продается в магазинах. Он снимает статическое электричество с одежды, тканей, с синтетических чехлов на сиденьях автомобиля, особенно в зимнее время, когда воздух сухой. Но, чтобы не использовать различные баллончики и химию, рекомендуется носить одежду из натуральных материалов: хлопка и льна.

Если на обуви прорезиненная подошва, то это создает условия для накопления потенциала напряжения. Чтобы этого не произошло, достаточно в обувь положить специальные антистатические стельки, которые сделаны из натуральных материалов. В результате негативное влияние на человека уменьшится.

Слишком сухой воздух зимой в городских квартирах способствует накапливанию электростатического заряда. Для этого существуют специальные устройства – увлажнители воздуха. Если такого устройства нет, то вполне подойдет большая влажная салфетка, которую необходимо положить на батарею. В результате процесс накопления заряда уменьшится, обстановка в квартире улучшится. Также рекомендуется регулярно производить влажную уборку. Это позволит вовремя удалять пыль и наэлектризованные участки. Такой способ является лучшим.

Электрические устройства в быту при эксплуатации также накапливают статический заряд на корпусе. Для снижения действия статического заряда выполняют систему уравнивания потенциалов. Она подключается к заземляющему контуру всего дома. Акриловая ванна подвержена накоплению на ней статического заряда, и ее необходимо защищать системой уравнивания потенциалов. Даже чугунная ванна с акриловым вкладышем также подвержена этому негативному явлению.

Защита от статического электричества на производстве
В промышленном производстве применяют несколько способов сохранения функциональности оборудования:
  • Увеличение стойкости устройств и оборудования к воздействию электростатического разряда.
  • Блокировка проникновения заряда на рабочее место.
  • Недопущение возникновения электростатических зарядов.

Два последних способа дают возможность осуществлять защиту многих устройств, а первый способ применяется только для отдельных видов оборудования.

Высокую защиту от разрядов статического поля и сохранения функциональности устройства обеспечивает клетка Фарадея. Это металлическая клетка в виде сетки с мелкой ячейкой. Клетка ограждает оборудование со всех сторон. Она подключается к заземляющему контуру. Внутрь клетки не проходят электрические поля, в то же время магнитному статическому полю, клетка Фарадея не мешает. По такому же принципу защищают кабели, оснащая их металлическим экраном.

Защита от статического электричества делится по методам выполнения:
  • Конструкционно-технологические.
  • Химические.
  • Физико-механические.

Последние два метода дают возможность снизить образование зарядов и повысить скорость их ухода в землю. Первый метод выполняет защиту устройств от зарядов, но не отводит их на заземление.

Оптимизировать снижение электростатического заряда можно следующим образом:
  • Увеличением токопроводимости материалов.
  • Созданием коронирования.
Такие задачи решают с помощью:
  • Выбора материалов с хорошей объемной проводимостью.
  • Увеличением рабочих поверхностей.
  • Ионизацией воздушного пространства.

Для реализации этих задач создают магистрали для протекания на землю статических зарядов, минуя рабочие компоненты устройств. Если материалы имеют высокое сопротивление, то применяют другие способы.

Похожие темы:

Статическое электричество нейтрализация зарядов — Справочник химика 21

    Для нейтрализации зарядов статического электричества на открытых поверхностях (пленки, ленты, ткани, листы) используют нейтрализаторы на основе плутония-239 или трития. При этом расстояние от нейтрализатора до заряженной поверхности [c.275]

    В невзрывоопасных помещениях для нейтрализации зарядов статического электричества на плоских поверхностях (пленках, лентах, тканях, листах) используют индукционные (игольчатые) нейтрализаторы, как наиболее простые и дешевые. При невозможности применения индукционных нейтрализаторов или их недостаточной эффективности используют высоковольтные нейтрализаторы (например, типа ИН-5) и нейтрализаторы скользящего разряда. [c.113]


    Способ нейтрализации зарядов рекомендуется применять в случаях, когда нельзя отвести заряды статического электричества с помощью более простых средств, описанных выше. Для нейтрализации зарядов статического электричества во взрывоопасных зонах всех классов рекомендуется применять радиоизотопные нейтрализаторы, указанные в табл. 9.8. [c.275]

    Нейтрализация зарядов статического электричества — это процессы, способствующие уменьшению или полному уничтожению избытка электростатического заряда, накопившегося в веществе или на оборудовании. [c.182]

    Нейтрализация зарядов путем ионизации воздуха представляет собой более сложное средство защиты от статического электричества. [c.113]

    Для нейтрализации зарядов статического электричества во взрывоопасных помещениях всех классов следует применять радиоизотопные нейтрализаторы.  [c.368]

    Меры защиты от статического электричества направлены на предупреждение возникновения и накопления зарядов статического электричества, создание условий рассеивания зарядов и устранения опасности вредного воздействия статического электричества. К основным мерам защиты относятся предотвращение накопления зарядов на электропроводящих частях оборудования уменьшение электрического сопротивления перерабатываемых веществ снижение интенсивности зарядов статического электричества нейтрализация зарядов статического электричества отвод зарядов статического электричества, накапливающихся на людях. [c.172]

    Для нейтрализации зарядов статического электричества в потоке жидкостей при транспортировке и наливе нефтепродуктов, разработаны специальные нейтрализаторы с коронирующими электродами [266]. [c.190]

    Наличие в резервуаре сильного электрического поля способствует тому, что водяной конус 9 индуктивно заряжается противоположным зарядом по отношению к заряду электрического поля и каждая капелька приобретает этот противоположный заряд. Капельки, вылетающие из сопла, сталкиваются с мельчайшими частицами влаги в виде тумана и имеющими такой же заряд, что и электрическое поле. В результате столкновения водяных частиц с противоположными зарядами происходит их нейтрализация, что в конечном итоге способствует существенному уменьшению интенсивности электрического поля. В случае разрядов статического электричества возможность воспламенения газовоздушной смеси углеводородов уменьшается с увеличением расстояния между электродами и потерь тепла (из-за наличия капель воды). [c.156]


    Однако на некоторых химических производствах выполнить это требование практически невозможно из-за перемещения частей оборудования по поверхности перерабатываемого материала или непрерывного изменения геометрических размеров последнего (намотка листового материала в рулоны и т. п.). В этом случае задача нейтрализации зарядов статического электричества может быть [c.196]

    Для предотвращения образования статического электричества в процессах переработки применяют также и другие способы, препятствующие накоплению статических зарядов. К ним относится увлажнение воздуха, ионизация атмосферы радиационным методом или коронным разрядом (создание электростатического поля высокого напряжения в воздушном зазоре). Существуют разнообразные системы защиты от статического электричества, включающие обдувание из воздушных пистолетов ионизированным воздухом любых заряженных поверхностей с целью нейтрализации электростатического заряда. [c.94]

    При невозможности обеспечить нейтрализацию статических зарядов в среде горючих газов необходимо исключать образование в них взрывоопасных смесей применением закрытых систем с избыточным давлением или использованием инертных газов, а также выносить оборудование, способствующее возникновению и накоплению зарядов статического электричества, из взрывоопасной зоны. [c.174]

    В 1974—1977 г. половина всех загораний в химической промышленности связана с разрядами с поверхности твердых диэлектриков. Затруднения в правильной оценке электризации материалов и соответственно в решениях по отводу и нейтрализации зарядов с поверхности жидкостей во многих случаях обусловлены повышенными давлениями и температурами жидкостей, а также большим разнообразием технологических режимов процессов, при проведении которых возможно накопление и разряд статического электричества в массе сыпучих материалов. [c.344]

    ОТВОД и НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ ЗАРЯДОВ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА [c.349]

    Основным способом защиты аппаратов от опасных потенциалов статического электричества является заземление. В обоснованных случаях дополнительно к заземлению можно применять другие меры защиты (уменьшение объемного или поверхностного сопротивления, нейтрализацию зарядов). [c.275]

    Установлено, что основным источником образования зарядов статического электричества при прокачивании топлива по шлангам и трубопроводам являются стандартные фильтры-водоотделители. При использовании фильтров из стекловолокна с добавлением найлона, дакрона и других искусственных волокон в топливе возникают положительные заряды, а фильтры из чистого стекловолокна дают отрицательные заряды. Соответствующая комбинация фильтров обеспечивает взаимную нейтрализацию зарядов. [c.131]

    Обычно после прекращения ионизирующего воздействия ионы рекомбинируются. Но если ионизировать воздух в местах скопления электростатических зарядов, то под действием создаваемого ими электрического поля разноименно заряженные ионы перемещаются в противоположных направлениях. Ионы, полярность которых противоположна зарядам на наэлектризованном материале, перемещаются к его поверхности и нейтрализуют статические заряды. Такт , образом, принцип нейтрализации статического электричества сводится к образованию необходимого количества положительных и отрицательных ионов в местах генерирования и скопления зарядов. [c.186]

    Вспышке или продолжительному пожару, вызываемому статическим электричеством, всегда предшествует [57] а) контакт между разнородными материалами б) относительное движение этих материалов в) наличие изоляционной прослойки, препятствующей взаимной нейтрализации противоположных зарядов г) накопление зарядов д) образование большой разности потенциалов е) разряд ж) воспламенение. Перед тем как перейти к более детальному рассмотрению всех этих явлений, следует кратко объяснить их. [c.149]

    Число и мощность генераторов ионов для нейтрализации зарядов статического электричества должны определяться расчетным путем и при этом нужно проверять эффективность их действия. Генераторы ионов, используемые для нейтрализации статического электричества в системах сушки и пневмотранспортирования сыпучих материалов, должны иметь устройства, сигнализирующие о нарушении их работы и о сниже-иии ионизационного потока. [c.37]

    Нейтрализация зарядов статического электричества достигается ионизацией воздуха в местах их возникновения. Чаще всего для этого применяют радиоактивные нейтрализаторы. Они представляют собой плоские длинные или круглые металлические пластинки, одна сторона которых покрыта радиоактивным изотопом, нейтрализующим электрический заряд. Радиоактивные нейтрализаторы просты по конструкции, не требуют источников питания, взрывобезопасны и не ухудшают условия труда. Область применения этого прибора — производство и переработка пленок, где электростатические заряды оказывают весьма неблагоприятные воздействия, а также установки для печатания на прозрачной пленке, где такие заряды могут привести к образованию искры или даже взрыву. Наиболее благоприятное расстояние ионизатора от конвейера с готовыми изделиями должно составлять 15 — 35 мм. От намоточных устройств этот прибор должен находиться на расстоянии 150—700 мм. [c.102]

    Для предупреждения образования зарядов статического электричества постоянно контролируют исправность заземления всех емкостей, трубопроводов, приборов и аппаратов. Помимо этого проводят мероприятия для нейтрализации электростатических зарядов на поверхности жидкости или ионизации воздуха. [c.74]

    Для нейтрализации зарядов статического электричества поверхность приводных валов или направляющих машины, о которую трется во время работы диэлектрик в виде ленты, ремня или нити, выполняется из перемежающихся полос, которые изготовлены (или нанесены в виде тонкого слоя) из разнородных материалов, имеющих различную диэлектрическую проницаемость, например из резины и органического стекла. Ширина полос рассчитывается так, чтобы на соседних местах электризующихся материалов возникали одинаковые по величине, но противоположные по знаку заряды, взаимно компенсирующиеся в процессе прохождения изделия по направляющему или приводному органу. [c.230]

    Нейтрализация зарядов. Если нельзя достигнуть отвода зарядов статического электричества более простыми средствами (см. выше), то можно осуществлять нейтрализацию зарядов путем ионизации воздуха вблизи поверхности заряженного материала. [c.368]

    Нейтрализация зарядов статического электричества. При невозможности использования простых средств для защиты от статического электричества рекомендуется нейтрализовать заря- [c.361]

    В случаях, когда материал (пленка, ткань, лента, лист) электризуется настолько сильно, либо движется со столь высокой скоростью, что применение радиоизотопных материалов не обеспечивает нейтрализацию зарядов статического электричества, устанавливают комбинированные нейтрализаторы (НРИ-1, НРИ-7), представляющие собой сочетание радиоизотопного и индукционного (игольчатого) нейтрализаторов, либо взрывозащищенных индукционных, высоковольтных (постоянного и переменного напряжения), высокочастотных нейтрализаторов. [c.362]

    В помещениях, не являющихся взрывоопасными, во всех случаях, когда позволяет характер технологического процесса и конструкция машин, для нейтрализации зарядов статического электричества на плоских поверхностях (пленках, лентах, тка- [c.362]

    Для нейтрализации зарядов статического электричества в труднодоступных местах, где невозможна установка нейтрализаторов, применяют вдувание ионизированного воздуха. Ионизировать воздух в этом случае можно любым способом. [c.363]

    Для нейтрализации зарядов статического электричества ионизируют воздух воздействием сильного электрического поля и радиоактивного излучения. Принцип действия устройств, ионизирующих воздух, так называемых нейтрализаторов статических зарядов, сводится к тому, что они создают вблизи поверхности заряженного материала положительные и отрицательные ионы. Ионы, имеющие полярность, противоположную полярности заряженного наэлектризованного материала, под действием электрического поля оседают на поверхности диэлектрика, нейтрализуя его. [c.198]

    Наиболее перспективными -излучателями с частицами больших энергий являются нейтрализаторы СЭ, выполненные также на основе Прометия-147. Их применяют для нейтрализации зарядов статического электричества на пучках нитей, волокон и в других случаях, когда заряженные участки материала, расположены в разных плоскостях, к которым нейтрализатор невозможно приблизить на расстояние менее 50 мм. Применение этих устройств для нейтрализации зарядов на сыпучих материалах (дробленых и гранулированных) ограничено малым ионизационным током, а также тем, что запыление рабочей поверхности нейтрализатора резко снижает его эффективность. [c.199]

    Во взрывоопасных помещениях всех классов для нейтрализации зарядов статического электричества применяют радиоизо-топные нейтрализаторы. Для ионизации воздуха используют источники а- и р-излучения. [c.362]

    Если материал (пленка, ткань, лента, лист) электризуется настолько сильно, либо этот материал движется со столь высокой скоростью, что применение радионзотопных нейтрализаторов не обеспечивает нейтрализации зарядов статического электричества, допускается применение комбинированных нейтрализаторов (например, типов НРИ-1—НРИ-7), представляющих [c.199]

    Рассмотренные выше нейтрализаторы эффективны в том случае, если они расположены вблизи наэлектризованного материала. Однако на некоторых химических производствах выполнить это требование практически невозможно, что обусловлено перемещением частей оборудования по поверхности перерабатываемого материала или непрерывным изменением его геометрических размеров (например, листового материала, скатываемого в рулоны и т. д.). В этом случае для нейтрализации зарядов статического электричества можно использовать аэродинамические нейтрализаторы, принцип действия которых основан на вдувании ионизированного воздуха. Аэродинамический нейтрализатор состоит из генератора ионов, заключенного в герметичный кожух, через который продувается газ. Поток газа, захватывая ионы, транспортирует их в зону образования зарядов. [c.200]

    Нейтрализация статического электричества. При прохождении через систему валков волокна могут накапливать значительное количество зарядов статического электричества, особенно если весь процесс проводится в сухом состоянии. Это неприятное явление вызывает скопление пыли, искрение при разряде и т. д. Поэтому перед намоткой волокна пропускают через очищающий водный раствор моющего вещества. Это, конечно, приводит к дополнительным трудностям, связанным с удалением влаги с волокон. Для отвода статического электричества иногда используют заземленный металлический провод. И, наконец, в композиции при производстве волокон вводят специальные рассеивающие добавки, которые обеспечивают более или менее постоянную защиту. [c.189]

    Нейтрализация зарядов статического электричества. При невозможности использования простых средств защиты от статического электричества рекомендуется нейтрализовать заряды ионизацией воздуха в местах их возникновения или накопле- [c.174]

    Эффективным и во многих случаях приемлемым методом нейтрализации опасных проявлений статического электричества является повышение электропроводимости электризуемых материалов и сред. Для предотвращения накопления опасных количеств статического электричества, возникающего при распылении водных растворов, рекомендуется также применение антистатических присадок к водным растворам. В качестве таких присадок могут быть использованы поверхностно-активные вещества. Универсальной антистатической присадкой для водных растворов различной электропроводности может быть любое водорастворимое высокомолекулярное соединение. Ввод антистатических присадок в водные растворы позволяет значительно понизить исходное значение удельного заряда аэрозолей, образующихся при распылении. Введением антистатических присадок достигается увеличение безопасности безводных углеводородных сред. Например, взрывоопасность процессов клееприго-товления, связанная с применением большого количества орга- [c.356]

    Ионизация воздуха или среды, в частности внутри аппарата, емкости и т. д. Сущность этого способа заключается в нейтрализации поверхностных электроста-тических зарядов положительными и отрицательными ионами, которые образуются при -использовании специального прибора, называемого нейтрализатором. Ионы, взаимодействуя с положительным зарядами статического электричества, нейтрализуют их. Ионизация воздуха достигается двумя способами действием электрического поля высокого напряжения и радиоактивным излучением. [c.151]

    Изучеипе источников возникновения зарядов статического электричества и разработка мер их нейтрализации в химической промышленности [c.505]

    Экспериментальная установка, использованная в работе [207], предназначена для исследования явлений статической электризации при скоростной заправке топливных баков современных крупных самолетов. Проблема возникновения, накопления и нейтрализации зарядов статического электричества в топливе стала особенно острой с внедрением в практику скоростной заправки самолетов. Описаны взрывы топливных баков самолетов и наземных топливозаправщиков от разрядов статического электричества [208]. Ввиду значительных трудностей при разработке теории статической электризации, в различных странах выполняются в основиом экспериментальные исследования со скоростной заправкой топлива на макетах [207— 209]. Установка 2 [207] позволяет измерять плотность зарядов на [c.130]

    Расследование многих случаев взрывов и пожаров показало, что источниками их были, по всей вероятности, разряды статического электричества, возникающие при аварийном истечении горючих органических продуктов (жидкостей, паров и газов) с большими скоростями из технологических систем, находящихся под высоким давлением. Во многих случаях загорания и вспышки были результатом ошибочной недооценки опасности статического электричества как источника ьоснламенения. Не дооценка опасности электризации материалов приводила к неправильному выбору устройств по отводу и нейтрализации зарядов статического электричества. Известно большое число взрывов и пожаров при транспортировании жидкостей по трубопроводам, вызванных разрядами с поверхности жидкостей при сливе ее в емкости. [c.344]

    В похмещениях, не являющихся взрывоопасными, для нейтрализации зарядов статического электричества на плоских поверхностях (пленках, лентах, тканях, листах) во всех случаях, когда позволяет характер технологического процесса и конструкция машин, следует применять индукционные (игольчатые) нейтрализаторы как наиболее простые и дешевые. [c.368]

    Все узлы центрифуги, изолированные от заземленных частей электронепро-водящими смазками и прокладками, должны иметь токопроводные заземляющие перемычки или должны быть предприняты надежные меры по нейтрализации накапливающихся на них зарядов статического электричества. [c.396]

    Для нейтрализации зарядов статического электричества, которые могут возникнуть в процессе изготовления паронитовой массы, необходимо вводить в смеситель асбест или пущеные паронитовые отходы в количестве, указанном в технологическом регламенте, перед первой заливкой бензина. [c.266]

    Для ионизации воздуха с целью нейтрализации зарядов статического электричества можно применять индукционные, высоковольтные, высокочастотные или термоионизаторы во взрывозащищенном исполнении. [c.889]

    Разработать более надежную систему нейтрализации зарядов статического электричества (с помощью радиоактивных изотопов, ионизаторов и пр.) при Броведении химических процессов производства. [c.351]


Электрический заряд. Статическое электричество

Публикации по материалам Д. Джанколи. «Физика в двух томах» 1984 г. Том 2.

Статическое электричество

Слово электричество происходит от греческого названия янтаря — ελεκτρον.
Янтарь — это окаменевшая смола хвойных деревьев. Древние заметили, что если потереть янтарь куском ткани, то он будет притягивать легкие предметы или пыль. Это явление, которое мы сегодня называем статическим электричеством, можно наблюдать, и натерев тканью эбонитовую или стеклянную палочку или же просто пластмассовую линейку.


Пластмассовая линейка, которую хорошенько потерли бумажной салфеткой, притягивает мелкие кусочки бумаги (рис. 22.1). Разряды статического электричества вы могли наблюдать, расчесывая волосы или снимая с себя нейлоновую блузку или рубашку. Не исключено, что вы ощущали электрический удар, прикоснувшись к металлической дверной ручке после того, как встали с сиденья автомобиля или прошлись по синтетическому ковру. Во всех этих случаях объект приобретает электрический заряд благодаря трению; говорят, что происходит электризация трением.

Все ли электрические заряды одинаковы или существуют различные их виды? Оказывается, существует два вида электрических зарядов, что можно доказать следующим простым опытом. Подвесим пластмассовую линейку за середину на нитке и хорошенько потрем ее куском ткани. Если теперь поднести к ней другую наэлектризованную линейку, мы обнаружим, что линейки отталкивают друг друга (рис. 22.2, а).
Точно так же, поднеся к одной наэлектризованной стеклянной палочке другую, мы будем наблюдать их отталкивание (рис. 22.2,6). Если же заряженный стеклянный стержень поднести к наэлектризованной пластмассовой линейке, они притянутся (рис. 22.2, в). Линейка, по-видимому, обладает зарядом иного вида, нежели стеклянная палочка.
Экспериментально установлено, что все заряженные объекты делятся на две категории: либо они притягиваются пластмассой и отталкиваются стеклом, либо, наоборот, отталкиваются пластмассой и притягиваются стеклом. Существуют, по-видимому, два вида зарядов, причем заряды одного и того же вида отталкиваются, а заряды разных видов притягиваются. Мы говорим, что одноименные заряды отталкиваются, а, разноименные притягиваются.

Американский государственный деятель, философ и ученый Бенджамин Франклин (1706-1790) назвал эти два вида зарядов положительным и отрицательным. Какой заряд как назвать, было совершенно безразлично;
Франклин предложил считать заряд наэлектризованной стеклянной палочки положительным. В таком случае заряд, появляющийся на пластмассовой линейке (или янтаре), будет отрицательным. Этого соглашения придерживаются и по сей день.

Разработанная Франклином теория электричества в действительности представляла собой концепцию «одной жидкости»: положительный заряд рассматривался как избыток «электрической жидкости» против ее нормального содержания в данном объекте, а отрицательный — как ее недостаток. Франклин утверждал, что, когда в результате какого-либо процесса в одном теле возникает некоторый заряд, в другом теле одновременно возникает такое же количество заряда противоположного вида. Названия «положительный» и «отрицательный» следует поэтому понимать в алгебраическом смысле, так что суммарный заряд, приобретаемый телами в каком-либо процессе, всегда равен нулю.

Например, когда пластмассовую линейку натирают бумажной салфеткой, линейка приобретает отрицательный заряд, а салфетка-равный по величине положительный заряд. Происходит разделение зарядов, но их сумма равна нулю.
Этим примером иллюстрируется твердо установленный закон сохранения электрического заряда, который гласит:

Суммарный электрический заряд, образующийся в результате любого процесса, равен нулю.

Отклонений от этого закона никогда не наблюдалось, поэтому можно считать, что он столь же твердо установлен, как и законы сохранения энергии и импульса.

Электрические заряды в атомах

Лишь в прошлом столетии стало ясно, что причина существования электрического заряда кроется в самих атомах. Позднее мы обсудим строение атома и развитие представлений о нем более подробно. Здесь же кратко остановимся на основных идеях, которые помогут нам лучше понять природу электричества.

По современным представлениям атом (несколько упрощенно) состоит из тяжелого положительно заряженного ядра, окруженного одним или несколькими отрицательно заряженными электронами.
В нормальном состоянии положительный и отрицательный заряды в атоме равны по величине, и атом в целом электрически нейтрален. Однако атом может терять или приобретать один или несколько электронов. Тогда его заряд будет положительным или отрицательным, и такой атом называют ионом.

В твердом теле ядра могут колебаться, оставаясь вблизи фиксированных положений, в то время как часть электронов движется совершенно свободно. Электризацию трением можно объяснить тем, что в различных веществах ядра удерживают электроны с различной силой.
Когда пластмассовая линейка, которую натирают бумажной салфеткой, приобретает отрицательный заряд, это означает, что электроны в бумажной салфетке удерживаются слабее, чем в пластмассе, и часть их переходит с салфетки на линейку. Положительный заряд салфетки равен по величине отрицательному заряду, приобретенному линейкой.

Обычно предметы, наэлектризованные трением, лишь некоторое время удерживают заряд и, в конечном итоге, возвращаются в электрически нейтральное состояние. Куда исчезает заряд? Он «стекает» на содержащиеся в воздухе молекулы воды.
Дело в том, что молекулы воды полярны: хотя в целом они электрически нейтральны, заряд в них распределен неоднородно (рис. 22.3). Поэтому лишние электроны с наэлектризованной линейки будут «стекать» в воздух, притягиваясь к положительно заряженной области молекулы воды.
С другой стороны, положительный заряд предмета будет нейтрализоваться электронами, которые слабо удерживаются молекулами воды в воздухе. В сухую погоду влияние статического электричества гораздо заметнее: в воздухе содержится меньше молекул воды и заряд стекает не так быстро. В сырую дождливую погоду предмет не в состоянии надолго удержать свой заряд.

Изоляторы и проводники

Пусть имеются два металлических шара, один из которых сильно заряжен, а другой электрически нейтрален. Если мы соединим их, скажем, железным гвоздем, то незаряженный шар быстро приобретет электрический заряд. Если же мы одновременно коснемся обоих шаров деревянной палочкой или куском резины, то шар, не имевший заряда, останется незаряженным. Такие вещества, как железо, называют проводниками электричества; дерево же и резину называют непроводниками, или изоляторами.

Металлы обычно являются хорошими проводниками; большинство других веществ изоляторы (впрочем, и изоляторы чуть-чуть проводят электричество). Любопытно, что почти все природные материалы попадают в одну из этих двух резко различных категорий.
Есть, однако, вещества (среди которых следует назвать кремний, германий и углерод), принадлежащие к промежуточной (но тоже резко обособленной) категории. Их называют полупроводниками.

С точки зрения атомной теории электроны в изоляторах связаны с ядрами очень прочно, в то время как в проводниках многие электроны связаны очень слабо и могут свободно перемещаться внутри вещества.
Когда положительно заряженный предмет подносится вплотную к проводнику или соприкасается с ним, свободные электроны быстро перемещаются к положительному заряду. Если же предмет заряжен отрицательно, то электроны, наоборот, стремятся удалиться от него. В полупроводниках свободных электронов очень мало, а в изоляторах они практически отсутствуют.

Индуцированный заряд. Электроскоп

Поднесем положительно заряженный металлический предмет к другому (нейтральному) металлическому предмету.

При соприкосновении свободные электроны нейтрального предмета притянутся к положительно заряженному и часть их перейдет на него. Поскольку теперь у второго предмета недостает некоторого числа электронов, заряженных отрицательно, он приобретает положительный заряд. Этот процесс называется электризацией за счет электропроводности.

Приблизим теперь положительно заряженный предмет к нейтральному металлическому стержню, но так, чтобы они не соприкасались. Хотя электроны не покинут металлического стержня, они тем не менее переместятся в направлении заряженного предмета; на противоположном конце стержня возникнет положительный заряд (рис. 22.4). В таком случае говорят, что на концах металлического стержня индуцируется (или наводится) заряд. Разумеется, никаких новых зарядов не возникает: произошло просто разделение зарядов, в целом же стержень остался электрически нейтральным. Однако если бы мы теперь разрезали стержень поперек посредине, то получили бы два заряженных предмета — один с отрицательным зарядом, другой с положительным.

Сообщить металлическому предмету заряд можно также, соединив его проводом с землей (или, например, с водопроводной трубой, уходящей в землю), как показано на рис. 22.5, а. Предмет, как говорят, заземлен. Благодаря своим огромным размерам земля принимает и отдает электроны; она действует как резервуар заряда. Если поднести близко к металлу заряженный, скажем, отрицательно предмет, то свободные электроны металла будут отталкиваться и многие уйдут по проводу в землю (рис. 22.5,6). Металл окажется заряженным положительно. Если теперь отсоединить провод, на металле останется положительный наведенный заряд. Но если сделать это после того, как отрицательно заряженный предмет удален от металла, то все электроны успеют вернуться назад и металл останется электрически нейтральным.

Для обнаружения электрического заряда используется электроскоп (или простой электрометр).

Как видно из рис. 22.6, он состоит из корпуса, внутри которого находятся два подвижных листочка, сделанных нередко из золота. (Иногда подвижным делается только один листочек.) Листочки укреплены на металлическом стержне, который изолирован от корпуса и заканчивается снаружи металлическим шариком. Если поднести заряженный предмет близко к шарику, в стержне происходит разделение зарядов (рис. 22.7, а), листочки оказываются одноименно заряженными и отталкиваются друг от друга, как показано на рисунке.

Можно целиком зарядить стержень за счет электропроводности (рис. 22.7, б). В любом случае, чем больше заряд, тем сильнее расходятся листочки.

Заметим, однако, что знак заряда таким способом определить невозможно: отрицательный заряд разведет листочки точно на такое же расстояние, как и равный ему по величине положительный заряд. И все же электроскоп можно использовать для определения знака заряда-для этого стержню надо сообщить предварительно, скажем, отрицательный заряд (рис. 22.8, а). Если теперь к шарику электроскопа поднести отрицательно заряженный предмет (рис. 22.8,6), то дополнительные электроны переместятся к листочкам и они раздвинутся сильнее. Наоборот, если к шарику поднести положительный заряд, то электроны переместятся от листочков и они сблизятся (рис. 22.8, в), так как их отрицательный заряд уменьшится.

Электроскоп широко применялся на заре электротехники. На том же принципе при использовании электронных схем работают весьма чувствительные современные электрометры.

Данная публикация составлена по материалам книги Д. Джанколи. «Физика в двух томах» 1984 г. Том 2.

Продолжение следует. Коротко о следующей публикации:

Закон Кулона

Сила F, с которой одно заряженное тело действует на другое заряженное тело, пропорциональна произведению их зарядов Q1 и Q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними.

Альтернативные статьи: Электрический ток, Закон ома.


Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Защита от статического электричества

Статическое электричество (согласно ГОСТ 12.1.018) — это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности (или в объеме) диэлектриков или на изолированных проводниках.

Возникновение зарядов статического электричества. Заряды статического электричества образуются при самых разнообразных производственных условиях, но чаще всего при трении одного диэлектрика о другой или диэлектриков о металлы. На трущихся поверхностях могут накапливаться электрические заряды, легко стекающие в землю, если физическое тело является проводником электричества и заземлено. На диэлектриках электрические заряды удерживаются продолжительное время, вследствие чего они и получили название статического электричества.

Статическое электричество возникает в результате сложных процессов, связанных с перераспределением электронов и ионов при соприкосновении двух поверхностей неоднородных жидких или твердых веществ, имеющих различные атомные и молекулярные силы поверхностного притяжения.

Мерой электризации является заряд, которым обладает данное вещество. Интенсивность образования зарядов возрастает с увеличением скорости перемещения материалов, их удельного сопротивления, площади контакта и усилия взаимодействия. Степень электризации заряженного тела характеризует его потенциал относительно земли.

В производстве накопление зарядов статического электричества часто наблюдается при: трении приводных ремней о шкивы или транспортерных лент о валы, особенно с пробуксовкой; перекачке огнеопасных жидкостей по трубопроводам и наливе нефтепродуктов в емкости; движении пыли по воздуховодам; дроблении, перемешивании и просеивании сухих материалов и веществ; сжатии двух разнородных материалов, один из которых диэлектрик; механической обработке пластмасс; транспортировании сжатых и сжиженных газов по трубам и истечении их через отверстия, особенно если в газах содержится тонко распыленная жидкость, суспензия или пыль; движении автотранспортера, тележек на резиновых шинах и людей по сухому изолирующему покрытию и т. д.

Сила тока электризации потока нефтепродуктов в трубопроводах зависит от диэлектрических свойств и кинематической вязкости жидкости, скорости потока, диаметра трубопровода и его длины, материала трубопровода, шероховатости и состояния его внутренних стенок, температуры жидкости. При турбулентном потоке в длинных трубопроводах сила тока пропорциональна скорости движения жидкости и диаметру трубопровода. Степень электризации движущихся диэлектрических лент (например, транспортерных) зависит от физико-химических свойств соприкасающихся материалов, плотности их контакта, скорости движения, относительной влажности и т. д.

Опасность разрядов статического электричества. Искровые разряды статического электричества представляют собой большую пожаро- и взрывоопасность. Их энергия может достигать 1,4 Дж, что вполне достаточно для воспламенения паро-, пыле- и газовоздушных смесей большинства горючих веществ. Например, минимальная энергия воспламенения паров ацетона составляет 0,25 ·10-3 Дж, метана 0,28 ·10-3, оксида углерода 8 ·10-3, древесной муки 0,02, угля 0,04Дж. Поэтому в соответствии с ГОСТ 12.1.018 электростатическая безопасность объекта считается достигнутой только в том случае, если максимальная энергия разрядов, которые могут возникнуть внутри объекта или с его поверхности, не превышает 40 % минимальной энергии зажигания веществ и материалов.

Электростатический заряд, возникающий при выполнении некоторых производственных процессов, может достигать нескольких тысяч вольт. Например, при трении частиц песка и пыли о днище кузова при движении автомобиля генерируется потенциал до 3 кВ; при перекачке бензина по трубопроводу — до 3,6кВ; при наливании электризующихся жидкостей (этилового спирта, бензина, бензола, этилового эфира и др.) в незаземленные резервуары в случае свободного падения струи жидкости в наполняемый сосуд и большой скорости истечения —до 18…20кВ; при трении ленты транспортера о вал — до 45 кВ; при трении трансмиссионных ремней о шкивы —до 80кВ.

При этом следует иметь в виду, что для взрыва паров бензина достаточно потенциала 300 В; при разности потенциалов 3 кВ воспламеняются горючие газы, а 5 кВ — большинство горючих пылей.

Статическое электричество может накапливаться и на теле человека при ношении одежды из шерсти или искусственного волокна, движении по токонепроводящему покрытию пола или в диэлектрической обуви, соприкосновении с диэлектриками, достигая в отдельных случаях потенциала 7 кВ и более. Количество накопившегося на людях электричества может быть вполне достаточным для искрового разряда при контакте с заземленным предметом. Физиологическое действие статического электричества зависит от освободившейся при разряде энергии и может ощущаться в виде слабых, умеренных или сильных уколов, а в некоторых ситуациях — в виде легких, средних и даже острых судорог. Так как сила тока разряда статического электричества ничтожно мала, то в большинстве случаев такое воздействие неопасно. Однако возникающие при этом явлении рефлекторные движения человека могут привести к тяжелым травмам вследствие падения с высоты, захвата спецодежды или отдельных частей тела неогражденными подвижными частями машин и механизмов и т. п.

Статическое электричество может также нарушать нормальное течение технологических процессов, создавать помехи в работе электронных приборов автоматики и телемеханики, средств радиосвязи.

Мероприятия по защите от статического электричества проводят во взрыво- и пожароопасных помещениях и зонах открытых установок, относящихся к классам B-I, B-I6, В-II и В-IIа. В помещениях и зонах, которые не относятся к указанным классам, защиту осуществляют на тех участках производства, где статическое электричество отрицательно влияет на нормальное протекание технологического процесса и качество продукции.

Меры защиты от статического электричества направлены на предупреждение возникновения и накопления зарядов статического электричества, создание условий рассеивания зарядов и устранение опасности их вредного воздействия.

Предотвращение накопления зарядов статического электричества достигается заземлением оборудования и коммуникаций, на которых они могут появиться, причем каждую систему взаимосвязанных машин, оборудования и конструкций, выполненных из металла (пневмосушилки, смесители, газовые и воздушные компрессоры, мельницы, закрытые транспортеры, устройства для налива и слива жидкостей с низкой электропроводностью и т. п.), заземляют не менее чем в двух местах. Трубопроводы, расположенные параллельно на расстоянии до 10см, соединяют между собой металлическими перемычками через каждые 25 м. Все передвижные емкости, временно находящиеся под наливом или сливом сжиженных горючих газов и пожароопасных жидкостей, на время заполнения присоединяют к заземлителю. Автозаправщики и автомобильные цистерны заземляют металлической цепью, соблюдая длину касания земли не менее 200 мм.

Снижение интенсивности возникновения зарядов статического электричества достигается соответствующим подбором скорости движения веществ, исключением разбрызгивания, дробления и распыления веществ, отводом электростатического заряда, подбором поверхностей трения, очисткой горючих газов и жидкостей от примесей. Безопасные скорости транспортировки жидких и пылевидных веществ зависят от их удельного объемного электрического сопротивления ρv. Так, для жидкостей с ρv ≤ 105 Ом ·м допустимая скорость должна быть не более 10 м/с, при 105 Ом ·м < pv < 109 Ом· м — до 5 м/с, а при ρv > 109 Ом·м скорости устанавливают для каждой жидкости отдельно, но, как правило, не более 1,2 м/с. При подаче жидкостей в резервуары необходимо исключить их разбрызгивание, распыление и бурное перемешивание. Наливную трубку необходимо удлинить до дна сосуда с направлением струи вдоль его стенки. При первоначальном заполнении резервуаров жидкость подают со скоростью, не превышающей 0,5…0,7 м/с.

Лучший способ снижения интенсивности накопления зарядов статического электричества в ременных передачах — увеличение электропроводимости ремней, например, с помощью прошивки внутренней поверхности ремня тонкой медной проволокой в продольном направлении или смазыванием его внутренней поверхности токопроводяшими составами (содержащими, например, сажу и графит в соотношении 1:2,5 по массе и др.). Следует также уделять внимание регулировке натяжения ремней и по возможности снижению скорости их движения до 5 м/с.

Если предотвратить накопление зарядов статического электричества заземлением не удается, то следует принять меры по уменьшению объемных и поверхностных диэлектрических сопротивлений обрабатываемых материалов. Это достигается повышением относительной влажности воздуха до 65…70 %, химической обработкой поверхности, применением антистатических веществ, нанесением электропроводных пленок, уменьшением скорости перемещения заряжающихся материалов, увеличением чистоты обработки трущихся поверхностей и т. д.

При невозможности использования средств защиты от статического электричества рекомендуется нейтрализовать заряды ионизацией воздуха в местах их возникновения или накопления. Для этого используют специальные приборы — ионизаторы, создающие вокруг наэлектризованного объекта положительные и отрицательные ионы. Ионы, имеющие заряд, противоположный заряду диэлектрика, притягиваются к объекту и нейтрализуют его. Для отвода статического электричества с тела человека предусматривают токопроводящие полы или заземленные зоны, рабочие площадки, поручни лестниц, рукоятки приборов и т.д.; обеспечивают работающих токопроводящей обувью с сопротивлением подошвы не более 108 Ом, а также антистатической спецодеждой.


Полезная информация:

Защита от статического электричества

Все тела по электрическим свойствам делят на проводники и изоляторы (диэлектрики). Если проводники способны проводить ток, то диэлектрики этой способностью не обладают. Поэтому на веществах и материалах, имеющих удельное объемное электрическое сопротивление более 105 Ом • м (диэлектрик), при трении, дроблении, интенсивном перемешивании происходит перераспределение электронов с образованием на поверхностях соприкосновения двойного электрического тока, что является непосредственным источником возникновения статического электричества.

Искровые разряды статического электричества могут вызвать взрыв и пожар.

Особенно большую опасность представляют разряды статического электричества, образующиеся при сливе и наливе легковоспламеняющихся и горючих жидкостей свободно падающей струей.

В производственных условиях накопление зарядов статического электричества может происходить на приводных ремнях, транспортерах, при движении пылевоздушной смеси в трубопроводах, например при транспортировке муки пневмосистемами или аэрозольтранспортом.

Заряды статического электричества могут накапливаться на людях, особенно если подошва обуви не проводит электрический ток, одежде и белье из шерсти, шелка или искусственного волокна, а также при движении по нетокопроводящему полу или выполнении ручных операций с диэлектриком. Потенциал изолированного от земли тела человека может превышать 7 кВ и достигать 45 кВ. Соприкосновение человека с заземленным предметом вызывает искровой разряд.

Энергия разряда этой искры может составлять 2,5 … 7,5 мДж. Кроме того, статическое электричество оказывает неблагоприятное физиологическое воздействие на человека, подобное мгновенному удару электрическим током. Величина тока при этом незначительна и непосредственной опасности для человека не представляет. Однако искра, проскакивающая между телом человека и металлическим объектом, может явиться причиной производственного травматизма и при определенных условиях даже создать аварийную ситуацию.

В производствах, где существует опасность воспламенения взрывоопасных смесей разрядом с человека, необходимо обеспечить работающих электропроводящей (антистатической) обувью. Обувь считается электропроводящей, если электрическое сопротивление между электродом в форме стельки, находящимся внутри обуви, и наружным электродом меньше 107 Ом.

Покрытие пола, выполненное из бетона толщиной 3 см, спецбетона, пенобетона, считается электропроводящим.

Для предупреждения возможности возникновения опасных искровых разрядов с поверхности получаемых и перерабатываемых веществ, используемых в производстве диэлектрических материалов, оборудования, а также тела человека необходимо предусматривать меры защиты от разрядов статического электричества.

Основными способами устранения опасности от статического электричества являются:

отвод зарядов путем заземления оборудования и коммуникаций;

однако заземление неэффективно, когда применяют аппараты и трубопроводы из диэлектрика или происходит в процессе технологических операций отложение на внутренней стороне стенки трубопроводов или оборудования нетокопроводящих материалов;

добавление в электризуемые вещества антистатических веществ (графит, сажа, полигликоли и др.), позволяющих уменьшить сопротивление этих веществ;

увеличение относительной влажности воздуха (общей или только в местах образования зарядов статического электричества) до 70 … 75 %;

применение антистатических веществ;

наиболее важным свойством антистатических веществ является их способность увеличивать ионную проводимость и тем самым снижать электрическое сопротивление материалов;

ионизация воздуха, заключающаяся в образовании положительных и отрицательных ионов воздуха, которые нейтрализуют заряды статического электричества;

ограничение скорости движения твердых и жидких веществ в коммуникациях и оборудовании;

заведомо безопасной скоростью движения и истечения диэлектрической жидкости является 1,2 м/с.

Практический способ устранения опасности от статического электричества выбирают с учетом эффективности и экономической целесообразности.

Статическое электричество

Статическое электричество – это явление возникновения (накапливания) электрического заряда на поверхности диэлектрика в результате определенных условий или воздействий.

Тело человека также принято считать диэлектриком, поэтому наш организм тоже очень сильно подвержен накоплению и воздействию статики.

Как образуется

Статическое электричество может образовываться (накапливаться) в результате самых разнообразных воздействий и условий. Очень часто накопление электрического заряда происходит в результате продолжительного трения двух веществ или поверхностей, являющихся диэлектриками.

При этом накопившийся заряд в отсутствии электрического соединения тела с землей или проводником, может находится на диэлектрике очень продолжительное время и перетекать с одного тела на другое при их непосредственном контакте.

Физическое обоснование процесса накопления статики

Статическое электричество – это заряд, накапливающийся определенное время. А заряд – это свободные заряженные частицы: ионы и электроны. Появляются эти частицы в результате взаимодействия двух тел или веществ с разной молекулярной структурой, в результате которой частицы перетекают из одного тела (вещества) на поверхность другого.

Носителем статического электричества может являться и сам воздух. Говорят, что он ионизируется.

Примеры возникновения статического электричества

Статика в той или иной мере окружает нас повсеместно, как в быту так и на работе. Если Вы постоянно носите синтетическую или шерстяную одежду, ходите в шерстяных носках или обуви с резиновой подошвой, то наверное иногда ощущали слабые покалывания или даже ощутимый разряд при прикосновении к металлическим предметам или другому человеку?

На производстве потенциал статического электричества может доходить до нескольких сотен, а то и тысяч вольт. В этом случае статика может ощущаться сильнее. Могут появляться болезненные покалывания на коже и даже судороги мышц.

Защита от статического электричества – это целый комплекс мер, по предотвращения накопления заряда и его вредного воздействия.

Интересно

Статическое электричество образуется только в относительно сухом помещении. Во влажной среде благоприятные условия для его образования создать крайне сложно.

Потенциал статики при хождении в обычных шерстяных носках по синтетическому ковру может достигать 6 кВ (кило Вольт). Аналогичный потенциал у высоковольтной линии электропередач.

Молния образуется также за счет накопления в облаках статического электричества.

< Предыдущая   Следующая >

Что такое статическое электричество и что его вызывает? — Объясните этот материал

Что такое статическое электричество и что его вызывает? — Объясните этот материал

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 9 апреля 2020 г.

Зап! Когда молния прыгает на землю, мы получаем внезапную, очень яркую демонстрацию силы статического электричество (электрическая энергия, собранная в одном месте). Наиболее из нас знают, что статическое электричество накапливается, когда мы трём вещи вместе, хотя это не совсем удовлетворительное объяснение.О чем это трение вещей, вызывающее электрическое явление? Несмотря на то что молния — яркий пример статического электричества, это не то, что мы можем использовать. Но есть много других мест, где статическое электричество невероятно полезно; с лазерных принтеров и фотокопировальные устройства для электростанций, уничтожающих загрязнения, статика может быть действительно фантастика. Итак, давайте подробнее рассмотрим, что это такое и как работает!

На фото: молния — это огромный выброс статического электричества, при котором накопленная электрическая потенциальная энергия выстреливает с неба на землю внезапным, импровизированным электрическим током.Если вы хотите сфотографировать молнию, настройте камеру на несколько серийных снимков и будьте готовы к очень долгому ожиданию: мне потребовалось два часа и сотни тщетных попыток сделать этот единственный снимок.

Что такое статическое электричество?

Фото: классическая статика: когда вы натираете воздушный шарик своим пуловером, вы создаете статическое электричество, которое заставляет его прилипать. При трении электроны перемещаются с вашего пуловера (который становится положительно заряженным) на латексную резину в воздушном шаре (которая становится отрицательно заряженной).Противоположные обвинения заставляют прилипнуть две вещи.

Мы воспринимаем электричество как должное: легко забудьте, что дома, офисы и фабрики были задействованы в этом чистым и удобным способом только с конца 19 века, что в в более широком смысле истории человечества сейчас совсем не время. Это было во время 19 век, пионеры, такие как Алессандро Вольта, Майкл Фарадей, Джозеф Генри и Томас Эдисон разгадали секреты электричество, как его производить и как заставить делать полезные вещи.До этого электричество было в значительной степени диковинкой: оно было очень ученым было интересно учиться и играть с ними, но не было многое еще они могли сделать с этим. В те времена люди готовили и топили их дома используют дровяные или угольные печи и освещают свои комнаты свечами или маслом лампы; не было таких вещей, как радио или телевизоры, не говоря уже о мобильные телефоны или компьютеры.

«Современное электричество», которое питает все, от телефона в кармане до метро. поездка в школу или на работу — это то, что мы называем электричеством (или электрический ток).Это энергия, которая проходит по металлическому проводу от место, где оно производится (что-нибудь от гигантской электростанции к крошечной батарее) к тому, что он питает (часто электродвигатель, нагревательный элемент, или лампа). Текущее электричество всегда в движении, перенос энергии из одного места в другое.

На фото: еще одна классическая демонстрация статики: потрите пластиковый гребешок о пуловер, и вы обнаружите, что можете собирать крошечные кусочки бумаги. Это немного похоже на захват скрепок магнитом.Но там, где магнит может подбирать одну скрепку, а намагниченная скрепка поднимает другие в цепочке, линейка со статическим зарядом не будет делать то же самое. Как вы думаете, почему?

До XIX века единственным видом электричества, о котором люди действительно знали или пытались использовать, было статическое электричество. электричество. Древние греки понимали, что вещи можно дарить статический электрический «заряд» (накопление статического электричества) просто за счет тереть их, но они понятия не имели, что та же энергия может быть использована для создания световых или силовых машин.Один из тех, кто помог сделать связь между статическим и текущим электричеством была американской государственный деятель, издатель и ученый Бенджамин Франклин. В 1752 году, когда Франклин пытался разгадать загадки электричества, и он это сделал, как известно. запустив воздушного змея во время грозы, чтобы поймать себя на электрическом энергия (что делать крайне опасно). Молния ударила с воздушного змея на землю, и, если бы Франклин не был изолирован, его вполне могли бы убить. Франклин понял, что статическое электричество, накапливающееся в небе, стал током электричества, когда молния перенесла его в поверхность Земли.Именно благодаря таким исследованиям он разработал одно из своих самых известных изобретений, молнию стержень (молниеотвод). Работа Франклина проложила путь к электрическая революция 19 века и мир действительно изменился, когда такие люди, как Вольта и Фарадей, опираясь на открытия Франклина, научились производят электричество по желанию и заставляют его делать полезные вещи.

Потенциальная и кинетическая энергия

Попутно стоит отметить, что есть еще один способ думать о статическом и текущем электричестве и соотносить их с вещами, которые мы уже знаю об энергии.Мы можем думать о статическом электричестве как о разновидности потенциальной энергии: это запасенная энергия, готовая и ожидающая сделать что-то полезное для нас. Точно так же текущее электричество (грубо говоря) аналог кинетической энергии: энергия в движении, хотя и электрическая. Так же, как вы можете превратить потенциальную энергию в кинетическую (например, позволив более смелому скатиться с холма), вы можете превратить статическое электричество в текущее электричество (это то, что делает молния) и обратно (вот как Ван де Генератор Граафа работает).

Что вызывает статическое электричество?

Еще несколько лет назад ученые были уверены, что они понимают статическое электричество и то, как именно оно работает. Объяснение было таким …

Как и древние греки, мы склонны думать статическое электричество возникает от трения вещей. Так что если ты живешь в доме с нейлоновыми коврами и металлическими дверными ручками вы скоро узнаете что ваше тело накапливает статический заряд, когда вы идете по пол, который может разрядиться при прикосновении к дверной ручке, что крошечный электрический шок.В большинстве школьных экспериментов мы также узнаем о статические при трении вещей. Вы, наверное, пробовали этот трюк, когда потереть шарик о одежду, чтобы он прилип? Вы можете сделать вывод от этого статическое электричество каким-то образом связано с трение — это сам процесс трения чего-то энергично, что производит накопление электрической энергии (в том же способ, которым трение может производить тепло и даже возгорание).

Трибоэлектрический эффект

Важно не трение, а факт что мы соприкасаемся с двумя разными материалами.Энергичное трение двух вещей просто сводит их контактировать снова и снова — и это создает статический электричество через явление, известное как трибоэлектричество (или трибоэлектрический эффект). Все материалы состоят из атомов, у которых есть положительное центральное положение. ядро (ядро) окружено неким нечетким «облаком» из электроны, которые являются действительно захватывающими битами. Некоторые атомы притягивают электроны сильнее, чем другие; большая часть химии проистекает из этого факта.Если поставить два соприкасающиеся материалы, и один притягивает электроны более чем другой, электроны могут вытягиваться из одного из материалы к другому. Когда мы разделяем материалы, электроны эффективно перейти с корабля к материалу, который их больше всего привлекает сильно. В результате один из материалов приобрел дополнительные электронов (и становится отрицательно заряженным), в то время как другой материал потерял несколько электронов (и стал положительно заряженным). Вуаля, у нас есть статическое электричество! Когда мы снова натираем вещи и опять же, мы увеличиваем шансы, что больше атомов примет участие в этом обмен электронами, и поэтому накапливается статический заряд.

Фото: Как трибоэлектрический эффект объясняет статическое электричество: 1. Эбонит (твердая вулканизированная резина — показан здесь черным стержнем) и шерсть (показана серым) обычно не имеют электрического заряда. 2) Соедините их, и эбонит притянет электроны из шерсти. 3) Разделите их, и электроны останутся на эбоните, что сделает его отрицательно заряженным и оставив шерсть с недостатком электронов (или положительным зарядом). Трение двух веществ друг к другу увеличивает контакт между ними и повышает вероятность миграции электронов от шерсти к эбониту.Отрицательный заряд на эбоните точно такой же, как и положительный заряд на шерсти; Другими словами, чистая плата не взимается.

Трибоэлектрическая серия

Если вы экспериментируете с разными материалами, вы находят положительный заряд, когда их натирают, и некоторый выигрыш отрицательные заряды; некоторые материалы также получают больший заряд, чем другие. Оказывается что мы можем расположить материалы по порядку в зависимости от их стоимости. прибыль, давая нам своего рода таблицу рейтинга материалов, бегущих от положительный на отрицательный.Разные книги и веб-страницы показывают немного разные списки, но все они в целом проходят от минералов (положительных) до таких такие вещи, как дерево и бумага (нейтрально), до пластика (негатив). Не волнуйся слишком много о точном порядке в списке; это будет различаться для всех видов причин (например, от вида стекла или добавок в латексе).

++++++++ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ++++++++

+ Воздух
+ Кожа
+ Кожа
+ Асбест
+ Стекло
+ Слюда
+ Кварц
+ Нейлон
+ Шерсть
+ Мех
+ Свинец
+ Шелк
+ Алюминий
0 Бумага
0 Хлопок
0 Сталь
0 Дерево
— Янтарь
— Латекс
— Твердая резина
— Никель
— Медь
— Латунь
— Серебро
— Золото
— Платина
— Полиэстер
— Полистирол
— Неопрен
— Саран («липкая пленка»)
— Полиэтилен
— Полипропилен
— Поливинилхлорид (ПВХ)
— Селен
— Тефлон
— Силиконовый каучук
— Эбонит (очень твердый вулканизированный каучук)

−− −−−−−− ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ −−−−−−−−

Этот список называется трибоэлектрическим рядом.Чем дальше друг от друга находятся два материала в серии, тем статичнее электричество будет накапливаться, когда вы потрете их вместе. Если два материалы очень близки в серии, их сложно заставить нарастить любой заряд вообще, как бы сильно вы их не терли. Казалось бы подтвердите, что статическое электричество само по себе не связано с трением, а о природе материалов, с которыми мы контактируем.

Переосмысление статического электричества

То, что вы только что прочитали, является традиционным, широко распространенным объяснение статического электричества — и вы все равно найдете его описанным таким образом в большинстве школьных учебников.

Но в 2011 году ученые сообщили о некоторых важных новых открытиях, которые казалось, что происходит гораздо больше. Вместо того, чтобы быть чисто физическим, и простой перенос заряженных электронов от одного материала к другому, казалось, статическое электричество тоже может быть вызвано химией (движение ионов и другие существенно химические процессы). И это также может произойти из-за замены небольшого количества материала (небольшой шарик переходит в пуловер или наоборот).Если раньше мы думали о статике как о простой «кучке» отрицательного или положительного заряда (электронов или их отсутствия), то при более внимательном рассмотрении теперь кажется, что это «мозаика» как положительных, так и отрицательных зарядов, которые в сумме составляют общий заряд (положительный или отрицательный). Это очень новое исследование, которое все еще развивается, но кажется очевидным, что наши традиционные объяснение статического электричества — это упрощенная версия того, что происходит на самом деле, даже если мы искренне верим в это более 2000 лет!

Иллюстрация: Вверху: Традиционная теория рассматривает статический заряд на воздушном шаре как равномерное распределение заряженных частиц по его поверхности.Внизу: согласно последним представлениям, статический заряд на самом деле представляет собой случайную «мозаику» гораздо больших зарядов, которые могут быть как положительными, так и отрицательными, и которые в сумме составляют общий заряд. В этом случае отрицательного заряда намного больше, чем положительного (желтый, чем красный), поэтому наш воздушный шар имеет общий отрицательный заряд.

Дополнительная литература

Простое знакомство
Более сложные статьи
  • Мозаика поверхностного заряда при контактной электрификации Х.Т. Байтекин, А. З. Паташинский, М. Браницкий, Б. Байтекин, С. Со, Б. А. Гжибовски. Наука, 15 июля 2011 г., т. 333, Issue 6040, pp.308–312.
  • Антиоксиданты снимают статическое электричество Ричард Ван Норден. Природа, 19 сентября 2013 года.
  • Что создает статическое электричество? пользователя Meurig W. Williams. Американский ученый, Том 100, июль / август 2012 г., стр. 316–323.

Какая польза от статического электричества?

Статическое электричество — это все очень интересно, но какая от этого возможная польза? Ты не можешь сделать тост из молнии болт, и вы не сможете зарядить свой мобильный телефон, просто потерев его корпус на пуловере.Вы можете подумать, что статика — одно из тех увлекательных но в конечном итоге совершенно бесполезные кусочки науки, не имеющие практического приложения — но вы ошибаетесь: статическое электричество используется во всех виды бытовой техники!

Лазерные принтеры и копировальные аппараты использовать статическое электричество, чтобы накапливать чернила на барабане и переносить их бумага. Опрыскивание сельскохозяйственных культур также использует статическое электричество, чтобы помочь гербицидам. прилипают к листве растений и равномерно распределяются по листьям. Фабрика роботы-краскораспылители используют аналогичный трюк, чтобы гарантировать, что краска капли притягиваются к металлическим кузовам автомобилей, а не к машинам вокруг них.На многих электростанциях и химических заводах, статическое электричество используется в дымовых трубах для удаления загрязнений (подробнее читайте в нашей статье об электростатических дымоочистителях).

Фото: Как остановить выбросы загрязненного воздуха из дымовых труб? Один из способов — дать дыму статический электрический заряд, а затем направить его через решетку из металлических пластин с противоположным зарядом, чтобы удалить грязные частицы сажи. Вот как работают «скрубберы» (электростатические дымоочистители), такие как те, что установлены в этих дымовых трубах на электростанции, работающей на биомассе McNeil в Берлингтоне, штат Вирджиния.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Национальной лабораторией возобновляемой энергии Министерства энергетики США (NREL).

Конечно, у статического электричества есть свои недостатки. Это может вызвать искры и взрывы на складах горючего, а случайный статический заряд — настоящая неприятность, если вы работаете с электронными компонентами. Это почему инженеры и химики разработали всевозможные антистатические технологии (от простых проводов до оригинальных, слабопроводящих красок и покрытий) которые предотвращают накопление статического электричества в чувствительных местах. Пока ты читаешь эти слова, можете быть уверены, что кто-то где-то пытается найти новый способ обуздать статическое электричество или лучший способ остановить это вызывает проблемы.Статическое электричество может быть стационарным, но оно никогда не стоя на месте!

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для младших читателей
  • Свидетель: Электричество Стива Паркера. Нью-Йорк: Дорлинг Киндерсли, 2005.Хорошее и основательное введение в электричество от надежного детского писателя-научного работника.
  • Маршруты науки: электричество Криса Вудфорда. Нью-Йорк: Факты в файле, 2004: Одна из моих собственных книг, этот том проводит нас через всю историю электричества от древних греков до наших дней.
  • Крутая наука: эксперименты с электричеством и магнетизмом Криса Вудфорда. Нью-Йорк: Гарет Стивенс, 2010: Еще одна моя книга, это краткое и простое практическое руководство по электричеству и магнетизму.
Для читателей постарше

Статьи

Общие
Учителям

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2012, 2018.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012/2018) Статическое электричество. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-static-electricity-works.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Что такое статическое электричество и что его вызывает? — Объясните этот материал

Что такое статическое электричество и что его вызывает? — Объясните этот материал

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 9 апреля 2020 г.

Зап! Когда молния прыгает на землю, мы получаем внезапную, очень яркую демонстрацию силы статического электричество (электрическая энергия, собранная в одном месте).Наиболее из нас знают, что статическое электричество накапливается, когда мы трём вещи вместе, хотя это не совсем удовлетворительное объяснение. О чем это трение вещей, вызывающее электрическое явление? Несмотря на то что молния — яркий пример статического электричества, это не то, что мы можем использовать. Но есть много других мест, где статическое электричество невероятно полезно; с лазерных принтеров и фотокопировальные устройства для электростанций, уничтожающих загрязнения, статика может быть действительно фантастика. Итак, давайте подробнее рассмотрим, что это такое и как работает!

На фото: молния — это огромный выброс статического электричества, при котором накопленная электрическая потенциальная энергия выстреливает с неба на землю внезапным, импровизированным электрическим током.Если вы хотите сфотографировать молнию, настройте камеру на несколько серийных снимков и будьте готовы к очень долгому ожиданию: мне потребовалось два часа и сотни тщетных попыток сделать этот единственный снимок.

Что такое статическое электричество?

Фото: классическая статика: когда вы натираете воздушный шарик своим пуловером, вы создаете статическое электричество, которое заставляет его прилипать. При трении электроны перемещаются с вашего пуловера (который становится положительно заряженным) на латексную резину в воздушном шаре (которая становится отрицательно заряженной).Противоположные обвинения заставляют прилипнуть две вещи.

Мы воспринимаем электричество как должное: легко забудьте, что дома, офисы и фабрики были задействованы в этом чистым и удобным способом только с конца 19 века, что в в более широком смысле истории человечества сейчас совсем не время. Это было во время 19 век, пионеры, такие как Алессандро Вольта, Майкл Фарадей, Джозеф Генри и Томас Эдисон разгадали секреты электричество, как его производить и как заставить делать полезные вещи.До этого электричество было в значительной степени диковинкой: оно было очень ученым было интересно учиться и играть с ними, но не было многое еще они могли сделать с этим. В те времена люди готовили и топили их дома используют дровяные или угольные печи и освещают свои комнаты свечами или маслом лампы; не было таких вещей, как радио или телевизоры, не говоря уже о мобильные телефоны или компьютеры.

«Современное электричество», которое питает все, от телефона в кармане до метро. поездка в школу или на работу — это то, что мы называем электричеством (или электрический ток).Это энергия, которая проходит по металлическому проводу от место, где оно производится (что-нибудь от гигантской электростанции к крошечной батарее) к тому, что он питает (часто электродвигатель, нагревательный элемент, или лампа). Текущее электричество всегда в движении, перенос энергии из одного места в другое.

На фото: еще одна классическая демонстрация статики: потрите пластиковый гребешок о пуловер, и вы обнаружите, что можете собирать крошечные кусочки бумаги. Это немного похоже на захват скрепок магнитом.Но там, где магнит может подбирать одну скрепку, а намагниченная скрепка поднимает другие в цепочке, линейка со статическим зарядом не будет делать то же самое. Как вы думаете, почему?

До XIX века единственным видом электричества, о котором люди действительно знали или пытались использовать, было статическое электричество. электричество. Древние греки понимали, что вещи можно дарить статический электрический «заряд» (накопление статического электричества) просто за счет тереть их, но они понятия не имели, что та же энергия может быть использована для создания световых или силовых машин.Один из тех, кто помог сделать связь между статическим и текущим электричеством была американской государственный деятель, издатель и ученый Бенджамин Франклин. В 1752 году, когда Франклин пытался разгадать загадки электричества, и он это сделал, как известно. запустив воздушного змея во время грозы, чтобы поймать себя на электрическом энергия (что делать крайне опасно). Молния ударила с воздушного змея на землю, и, если бы Франклин не был изолирован, его вполне могли бы убить. Франклин понял, что статическое электричество, накапливающееся в небе, стал током электричества, когда молния перенесла его в поверхность Земли.Именно благодаря таким исследованиям он разработал одно из своих самых известных изобретений, молнию стержень (молниеотвод). Работа Франклина проложила путь к электрическая революция 19 века и мир действительно изменился, когда такие люди, как Вольта и Фарадей, опираясь на открытия Франклина, научились производят электричество по желанию и заставляют его делать полезные вещи.

Потенциальная и кинетическая энергия

Попутно стоит отметить, что есть еще один способ думать о статическом и текущем электричестве и соотносить их с вещами, которые мы уже знаю об энергии.Мы можем думать о статическом электричестве как о разновидности потенциальной энергии: это запасенная энергия, готовая и ожидающая сделать что-то полезное для нас. Точно так же текущее электричество (грубо говоря) аналог кинетической энергии: энергия в движении, хотя и электрическая. Так же, как вы можете превратить потенциальную энергию в кинетическую (например, позволив более смелому скатиться с холма), вы можете превратить статическое электричество в текущее электричество (это то, что делает молния) и обратно (вот как Ван де Генератор Граафа работает).

Что вызывает статическое электричество?

Еще несколько лет назад ученые были уверены, что они понимают статическое электричество и то, как именно оно работает. Объяснение было таким …

Как и древние греки, мы склонны думать статическое электричество возникает от трения вещей. Так что если ты живешь в доме с нейлоновыми коврами и металлическими дверными ручками вы скоро узнаете что ваше тело накапливает статический заряд, когда вы идете по пол, который может разрядиться при прикосновении к дверной ручке, что крошечный электрический шок.В большинстве школьных экспериментов мы также узнаем о статические при трении вещей. Вы, наверное, пробовали этот трюк, когда потереть шарик о одежду, чтобы он прилип? Вы можете сделать вывод от этого статическое электричество каким-то образом связано с трение — это сам процесс трения чего-то энергично, что производит накопление электрической энергии (в том же способ, которым трение может производить тепло и даже возгорание).

Трибоэлектрический эффект

Важно не трение, а факт что мы соприкасаемся с двумя разными материалами.Энергичное трение двух вещей просто сводит их контактировать снова и снова — и это создает статический электричество через явление, известное как трибоэлектричество (или трибоэлектрический эффект). Все материалы состоят из атомов, у которых есть положительное центральное положение. ядро (ядро) окружено неким нечетким «облаком» из электроны, которые являются действительно захватывающими битами. Некоторые атомы притягивают электроны сильнее, чем другие; большая часть химии проистекает из этого факта.Если поставить два соприкасающиеся материалы, и один притягивает электроны более чем другой, электроны могут вытягиваться из одного из материалы к другому. Когда мы разделяем материалы, электроны эффективно перейти с корабля к материалу, который их больше всего привлекает сильно. В результате один из материалов приобрел дополнительные электронов (и становится отрицательно заряженным), в то время как другой материал потерял несколько электронов (и стал положительно заряженным). Вуаля, у нас есть статическое электричество! Когда мы снова натираем вещи и опять же, мы увеличиваем шансы, что больше атомов примет участие в этом обмен электронами, и поэтому накапливается статический заряд.

Фото: Как трибоэлектрический эффект объясняет статическое электричество: 1. Эбонит (твердая вулканизированная резина — показан здесь черным стержнем) и шерсть (показана серым) обычно не имеют электрического заряда. 2) Соедините их, и эбонит притянет электроны из шерсти. 3) Разделите их, и электроны останутся на эбоните, что сделает его отрицательно заряженным и оставив шерсть с недостатком электронов (или положительным зарядом). Трение двух веществ друг к другу увеличивает контакт между ними и повышает вероятность миграции электронов от шерсти к эбониту.Отрицательный заряд на эбоните точно такой же, как и положительный заряд на шерсти; Другими словами, чистая плата не взимается.

Трибоэлектрическая серия

Если вы экспериментируете с разными материалами, вы находят положительный заряд, когда их натирают, и некоторый выигрыш отрицательные заряды; некоторые материалы также получают больший заряд, чем другие. Оказывается что мы можем расположить материалы по порядку в зависимости от их стоимости. прибыль, давая нам своего рода таблицу рейтинга материалов, бегущих от положительный на отрицательный.Разные книги и веб-страницы показывают немного разные списки, но все они в целом проходят от минералов (положительных) до таких такие вещи, как дерево и бумага (нейтрально), до пластика (негатив). Не волнуйся слишком много о точном порядке в списке; это будет различаться для всех видов причин (например, от вида стекла или добавок в латексе).

++++++++ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ++++++++

+ Воздух
+ Кожа
+ Кожа
+ Асбест
+ Стекло
+ Слюда
+ Кварц
+ Нейлон
+ Шерсть
+ Мех
+ Свинец
+ Шелк
+ Алюминий
0 Бумага
0 Хлопок
0 Сталь
0 Дерево
— Янтарь
— Латекс
— Твердая резина
— Никель
— Медь
— Латунь
— Серебро
— Золото
— Платина
— Полиэстер
— Полистирол
— Неопрен
— Саран («липкая пленка»)
— Полиэтилен
— Полипропилен
— Поливинилхлорид (ПВХ)
— Селен
— Тефлон
— Силиконовый каучук
— Эбонит (очень твердый вулканизированный каучук)

−− −−−−−− ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ −−−−−−−−

Этот список называется трибоэлектрическим рядом.Чем дальше друг от друга находятся два материала в серии, тем статичнее электричество будет накапливаться, когда вы потрете их вместе. Если два материалы очень близки в серии, их сложно заставить нарастить любой заряд вообще, как бы сильно вы их не терли. Казалось бы подтвердите, что статическое электричество само по себе не связано с трением, а о природе материалов, с которыми мы контактируем.

Переосмысление статического электричества

То, что вы только что прочитали, является традиционным, широко распространенным объяснение статического электричества — и вы все равно найдете его описанным таким образом в большинстве школьных учебников.

Но в 2011 году ученые сообщили о некоторых важных новых открытиях, которые казалось, что происходит гораздо больше. Вместо того, чтобы быть чисто физическим, и простой перенос заряженных электронов от одного материала к другому, казалось, статическое электричество тоже может быть вызвано химией (движение ионов и другие существенно химические процессы). И это также может произойти из-за замены небольшого количества материала (небольшой шарик переходит в пуловер или наоборот).Если раньше мы думали о статике как о простой «кучке» отрицательного или положительного заряда (электронов или их отсутствия), то при более внимательном рассмотрении теперь кажется, что это «мозаика» как положительных, так и отрицательных зарядов, которые в сумме составляют общий заряд (положительный или отрицательный). Это очень новое исследование, которое все еще развивается, но кажется очевидным, что наши традиционные объяснение статического электричества — это упрощенная версия того, что происходит на самом деле, даже если мы искренне верим в это более 2000 лет!

Иллюстрация: Вверху: Традиционная теория рассматривает статический заряд на воздушном шаре как равномерное распределение заряженных частиц по его поверхности.Внизу: согласно последним представлениям, статический заряд на самом деле представляет собой случайную «мозаику» гораздо больших зарядов, которые могут быть как положительными, так и отрицательными, и которые в сумме составляют общий заряд. В этом случае отрицательного заряда намного больше, чем положительного (желтый, чем красный), поэтому наш воздушный шар имеет общий отрицательный заряд.

Дополнительная литература

Простое знакомство
Более сложные статьи
  • Мозаика поверхностного заряда при контактной электрификации Х.Т. Байтекин, А. З. Паташинский, М. Браницкий, Б. Байтекин, С. Со, Б. А. Гжибовски. Наука, 15 июля 2011 г., т. 333, Issue 6040, pp.308–312.
  • Антиоксиданты снимают статическое электричество Ричард Ван Норден. Природа, 19 сентября 2013 года.
  • Что создает статическое электричество? пользователя Meurig W. Williams. Американский ученый, Том 100, июль / август 2012 г., стр. 316–323.

Какая польза от статического электричества?

Статическое электричество — это все очень интересно, но какая от этого возможная польза? Ты не можешь сделать тост из молнии болт, и вы не сможете зарядить свой мобильный телефон, просто потерев его корпус на пуловере.Вы можете подумать, что статика — одно из тех увлекательных но в конечном итоге совершенно бесполезные кусочки науки, не имеющие практического приложения — но вы ошибаетесь: статическое электричество используется во всех виды бытовой техники!

Лазерные принтеры и копировальные аппараты использовать статическое электричество, чтобы накапливать чернила на барабане и переносить их бумага. Опрыскивание сельскохозяйственных культур также использует статическое электричество, чтобы помочь гербицидам. прилипают к листве растений и равномерно распределяются по листьям. Фабрика роботы-краскораспылители используют аналогичный трюк, чтобы гарантировать, что краска капли притягиваются к металлическим кузовам автомобилей, а не к машинам вокруг них.На многих электростанциях и химических заводах, статическое электричество используется в дымовых трубах для удаления загрязнений (подробнее читайте в нашей статье об электростатических дымоочистителях).

Фото: Как остановить выбросы загрязненного воздуха из дымовых труб? Один из способов — дать дыму статический электрический заряд, а затем направить его через решетку из металлических пластин с противоположным зарядом, чтобы удалить грязные частицы сажи. Вот как работают «скрубберы» (электростатические дымоочистители), такие как те, что установлены в этих дымовых трубах на электростанции, работающей на биомассе McNeil в Берлингтоне, штат Вирджиния.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Национальной лабораторией возобновляемой энергии Министерства энергетики США (NREL).

Конечно, у статического электричества есть свои недостатки. Это может вызвать искры и взрывы на складах горючего, а случайный статический заряд — настоящая неприятность, если вы работаете с электронными компонентами. Это почему инженеры и химики разработали всевозможные антистатические технологии (от простых проводов до оригинальных, слабопроводящих красок и покрытий) которые предотвращают накопление статического электричества в чувствительных местах. Пока ты читаешь эти слова, можете быть уверены, что кто-то где-то пытается найти новый способ обуздать статическое электричество или лучший способ остановить это вызывает проблемы.Статическое электричество может быть стационарным, но оно никогда не стоя на месте!

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Breathess: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для младших читателей
  • Свидетель: Электричество Стива Паркера. Нью-Йорк: Дорлинг Киндерсли, 2005.Хорошее и основательное введение в электричество от надежного детского писателя-научного работника.
  • Маршруты науки: электричество Криса Вудфорда. Нью-Йорк: Факты в файле, 2004: Одна из моих собственных книг, этот том проводит нас через всю историю электричества от древних греков до наших дней.
  • Крутая наука: эксперименты с электричеством и магнетизмом Криса Вудфорда. Нью-Йорк: Гарет Стивенс, 2010: Еще одна моя книга, это краткое и простое практическое руководство по электричеству и магнетизму.
Для читателей постарше

Статьи

Общие
Учителям

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2012, 2018.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Поделиться страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2012/2018) Статическое электричество. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-static-electricity-works.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Статическое электричество | Основные понятия электричества

Столетия назад было обнаружено, что некоторые типы материалов загадочным образом притягиваются друг к другу после того, как их натерли друг на друга. Например, если натереть кусок шелка о кусок стекла, шелк и стекло будут иметь тенденцию слипаться. Действительно, сила притяжения могла быть продемонстрирована, даже когда два материала были разделены:

Стекло и шелк — не единственные материалы, которые, как известно, ведут себя подобным образом.Любой, кто когда-либо касался латексного шара только для того, чтобы обнаружить, что он пытается прилипнуть к нему, испытал то же самое явление. Парафин и шерстяная ткань — еще одна пара материалов, которые, по мнению первых экспериментаторов, проявляют силы притяжения после трения друг о друга:

Это явление стало еще более интересным, когда было обнаружено, что идентичные материалы после протирания их соответствующей тканью всегда отталкивают друг друга:

Также было отмечено, что когда кусок стекла, натертый шелком, подвергается воздействию куска воска, натертого шерстью, два материала будут притягиваться друг к другу:

Кроме того, было обнаружено, что любой материал, демонстрирующий свойства притяжения или отталкивания после трения, может быть отнесен к одной из двух различных категорий: притягиваемый к стеклу и отталкиваемый воском или отталкиваемый стеклом и притягиваемый воском.Было либо одно, либо другое: не было обнаружено материалов, которые могли бы притягиваться или отталкиваться как стеклом, так и воском, или которые реагировали бы на одно, не реагируя на другое.

Больше внимания было обращено на куски ткани, используемые для растирания. Было обнаружено, что после протирания двух кусков стекла двумя кусками шелковой ткани не только кусочки стекла отталкивались друг от друга, но и ткани. То же самое произошло с кусочками шерсти, которыми натирали воск:

Это было действительно странно наблюдать.В конце концов, ни один из этих предметов не претерпел видимых изменений в результате трения, но они определенно вели себя иначе, чем до того, как их натерли. Какое бы изменение ни произошло, заставив эти материалы притягивать или отталкивать друг друга, было незаметно.

Некоторые экспериментаторы предположили, что невидимые «жидкости» переходили от одного объекта к другому в процессе трения и что эти «жидкости» были способны воздействовать на физическую силу на расстоянии. Чарльз Дюфай был одним из первых экспериментаторов, которые продемонстрировали, что существует определенно два разных типа изменений, вызванных трением определенных пар предметов друг о друга.Тот факт, что в этих материалах проявилось более одного типа изменений, был очевиден тем фактом, что были созданы два типа сил: притяжение и отталкивание . Гипотетический перенос жидкости стал известен как заряд .

Один исследователь-новатор, Бенджамин Франклин, пришел к выводу, что между натертыми предметами происходил обмен только одной жидкостью, и что два разных «заряда» были не чем иным, как избытком или недостатком этой жидкости.После экспериментов с воском и шерстью Франклин предположил, что грубая шерсть удаляет часть этой невидимой жидкости из гладкого воска, вызывая избыток жидкости на шерсти и недостаток жидкости на воске. Возникающее в результате несоответствие содержания жидкости между шерстью и воском могло вызвать силу притяжения, поскольку жидкость пыталась восстановить прежний баланс между двумя материалами.

Постулирование существования единственной «жидкости», которая была получена или потеряна в результате трения, лучше всего объясняет наблюдаемое поведение: все эти материалы аккуратно попадают в одну из двух категорий при трении и, что наиболее важно, что два активных материала трутся о них. друг друга всегда попадали в противоположные категории , о чем свидетельствует их неизменное влечение друг к другу.Другими словами, никогда не было времени, когда два материала трулись друг о друга , и оба становились либо положительными, либо отрицательными.

После предположения Франклина о том, что шерсть стирает что-то с воска, тип заряда, который был связан с натертым воском, стал известен как «отрицательный» (поскольку предполагалось, что он имеет дефицит жидкости), в то время как тип заряда, связанный с натирание шерсти стало называться «положительным» (потому что предполагалось, что в ней будет избыток жидкости).Он и не подозревал, что его невинное предположение в будущем вызовет много путаницы у изучающих электричество!

Точные измерения электрического заряда были выполнены французским физиком Шарлем Кулоном в 1780-х годах с помощью устройства, называемого крутильными весами , для измерения силы, создаваемой между двумя электрически заряженными объектами. Результаты работы Кулона привели к разработке единицы электрического заряда, названной в его честь, кулон .Если бы два «точечных» объекта (гипотетические объекты, не имеющие заметной площади поверхности) были бы одинаково заряжены величиной в 1 кулон и поместили на расстоянии 1 метра (примерно 1 ярд) друг от друга, они бы генерировали силу около 9 миллиардов ньютонов (примерно 2 миллиарда фунтов), либо притягивая, либо отталкивая в зависимости от типа задействованных зарядов. Рабочее определение кулона как единицы электрического заряда (в терминах силы, генерируемой между точечными зарядами) оказалось равным избытку или недостатку примерно в 6 250 000 000 000 000 000 электронов.Или, говоря наоборот, один электрон имеет заряд около 0,00000000000000000016 кулонов. Поскольку один электрон является наименьшим из известных носителей электрического заряда, последняя величина заряда электрона определяется как элементарный заряд .

Гораздо позже было обнаружено, что эта «жидкость» на самом деле состоит из очень маленьких кусочков материи, названных электронами , названными так в честь древнегреческого слова, обозначающего янтарь: еще один материал, проявляющий заряженные свойства при трении тканью.

Состав атома

Эксперименты с тех пор показали, что все объекты состоят из чрезвычайно маленьких «строительных блоков», известных как атомов , и что эти атомы, в свою очередь, состоят из более мелких компонентов, известных как частицы . Три основных частицы, составляющие большинство атомов, называются протонами, , нейтронами, и электронами, . Хотя большинство атомов состоит из протонов, нейтронов и электронов, не все атомы имеют нейтроны; Примером является изотоп протия (1h2) водорода (Водород-1), который является самой легкой и наиболее распространенной формой водорода, которая имеет только один протон и один электрон.Атомы слишком малы, чтобы их можно было увидеть, но если бы мы могли взглянуть на один, он мог бы выглядеть примерно так:

Несмотря на то, что каждый атом в куске материала имеет тенденцию держаться вместе как единое целое, на самом деле между электронами и кластером протонов и нейтронов, находящимся посередине, остается много пустого пространства.

Эта грубая модель представляет собой элемент углерода с шестью протонами, шестью нейтронами и шестью электронами. В любом атоме протоны и нейтроны очень прочно связаны друг с другом, что является важным качеством.Плотно связанный сгусток протонов и нейтронов в центре атома называется ядром , и количество протонов в ядре атома определяет его элементарную идентичность: измените количество протонов в ядре атома, и вы измените тип атома, который он есть. Фактически, если вы удалите три протона из ядра атома свинца, вы осуществите мечту старых алхимиков о создании атома золота! Тесное связывание протонов в ядре отвечает за стабильную идентичность химических элементов и неспособность алхимиков осуществить свою мечту.

Нейтроны гораздо меньше влияют на химический характер и идентичность атома, чем протоны, хотя их так же трудно добавить в ядро ​​или удалить из него, поскольку они так прочно связаны. Если добавить или получить нейтроны, атом все равно сохранит ту же химическую идентичность, но его масса немного изменится, и он может приобрести странные ядерные свойства, такие как радиоактивность.

Однако электроны обладают значительно большей свободой передвижения в атоме, чем протоны или нейтроны.Фактически, они могут быть выбиты из своего положения (даже полностью покинув атом!) С гораздо меньшей энергией, чем та, которая требуется для смещения частиц в ядре. Если это произойдет, атом по-прежнему сохраняет свою химическую идентичность, но возникает важный дисбаланс. Электроны и протоны уникальны тем, что они притягиваются друг к другу на расстоянии. Именно это притяжение на расстоянии вызывает притяжение между натертыми объектами, когда электроны удаляются от своих первоначальных атомов и находятся вокруг атомов другого объекта.

Электроны имеют тенденцию отталкивать другие электроны на расстоянии, как и протоны с другими протонами. Единственная причина, по которой протоны связываются вместе в ядре атома, заключается в гораздо большей силе, называемой сильной ядерной силой , которая действует только на очень коротких расстояниях. Считается, что из-за такого поведения притяжения / отталкивания между отдельными частицами электроны и протоны имеют противоположные электрические заряды. То есть каждый электрон имеет отрицательный заряд, а каждый протон — положительный.В равных количествах внутри атома они противодействуют присутствию друг друга, так что общий заряд внутри атома равен нулю. Вот почему в изображении атома углерода шесть электронов: чтобы уравновесить электрический заряд шести протонов в ядре. Если электроны уйдут или появятся дополнительные электроны, общий электрический заряд атома будет разбалансирован, в результате чего атом останется «заряженным» в целом, заставив его взаимодействовать с заряженными частицами и другими заряженными атомами поблизости. Нейтроны не притягиваются и не отталкиваются электронами, протонами или даже другими нейтронами и, следовательно, классифицируются как не имеющие никакого заряда.

Процесс прибытия или ухода электронов — это именно то, что происходит, когда определенные комбинации материалов трются друг о друга: электроны от атомов одного материала вынуждаются трением покинуть свои соответствующие атомы и переходить к атомам другого материала. Другими словами, электроны составляют «жидкость», выдвинутую Бенджамином Франклином.

Что такое статическое электричество?

Результат дисбаланса этой «жидкости» (электронов) между объектами называется статическим электричеством .Это называется «статическим», потому что смещенные электроны имеют тенденцию оставаться неподвижными после перемещения из одного изоляционного материала в другой. В случае воска и шерсти путем дальнейших экспериментов было установлено, что электроны в шерсти фактически передаются атомам воска, что прямо противоположно гипотезе Франклина! В честь того, что Франклин назвал заряд воска «отрицательным», а заряд шерсти «положительным», электроны, как говорят, обладают «отрицательным» зарядным влиянием.Таким образом, объект, атомы которого получили избыток электронов, считается заряженным на отрицательно, , в то время как объект, атомы которого не имеют электронов, считается заряженным положительно на , как это ни сбивает с толку эти обозначения. К тому времени, когда была открыта истинная природа электрической «жидкости», номенклатура электрического заряда Франклина была слишком хорошо установлена, чтобы ее можно было легко изменить, и так остается по сей день.

Майкл Фарадей доказал (1832 г.), что статическое электричество такое же, как у батареи или генератора.Статическое электричество по большей части доставляет неудобства. В черный порох и бездымный порох добавлен графит для предотвращения возгорания из-за статического электричества. Это вызывает повреждение чувствительных полупроводниковых схем. Хотя возможно производство двигателей с питанием от статического электричества с высоким напряжением и низким током, это неэкономично. Немногочисленные практические применения статического электричества включают ксерографическую печать, электростатический воздушный фильтр и высоковольтный генератор Ван де Граафа.

ОБЗОР:

  • Все материалы состоят из крошечных «строительных блоков», известных как атомов .
  • Все встречающиеся в природе атомы содержат частицы, называемые электронами , протонами и нейтронами , за исключением изотопа протия ( 1 H 1 ) водорода.
  • Электроны имеют отрицательный (-) электрический заряд.
  • Протоны имеют положительный (+) электрический заряд.
  • Нейтроны не имеют электрического заряда.
  • Электроны удаляются из атомов намного легче, чем протоны или нейтроны.
  • Количество протонов в ядре атома определяет его идентичность как уникального элемента.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Трение и статическое электричество | Статическое электричество

Вы когда-нибудь толкали тележку по магазинам и внезапно испытывали шок? Или натянул школьную майку через голову и услышал треск? Что вызывает эти удары и шумы? Давайте разбираться.

Трение и статическое электричество

  • трение
  • статическое электричество
  • электростатический заряд
  • привлекать: притягивать что-то ближе
  • отталкивать: что-то отталкивать
  • нейтраль
  • сброс
  • земля
  • заземление

Эффекты статического электричества окружают нас повсюду, но мы не всегда замечаем его, когда видим или чувствуем их.Или, возможно, да, но вы никогда не понимали, что было причиной этого. Например, испытывали ли вы когда-нибудь легкий шок, надевая майку на голову в холодный день, или, возможно, вы наблюдали, как ваши волосы встают дыбом, когда вы касаетесь определенных предметов? Давайте быстро продемонстрируем статическое электричество.

Посмотрите это видео о статическом электричестве, чтобы понять, почему ваши волосы встают дыбом, когда вы расчесываете их или трете о воздушный шар

Вы также можете выполнять это задание, используя пластиковую расческу, а не воздушные шары.Или вы можете использовать листы бумаги вместо волос учащегося, поскольку не все волосы будут вести себя следующим образом, если в них есть продукт. Затем вы можете натереть воздушный шарик о трикотаж и собрать листы бумаги.

МАТЕРИАЛЫ:

  • воздушные шары (или пластиковая расческа)
  • листочки бумаги

ИНСТРУКЦИЯ:

Надуйте воздушный шар и завяжите его так, чтобы воздух не выходил.

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


Потрите волосы воздушным шариком.

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


Волосы должны «подняться» и прилипнуть к шарику, иначе кусочки бумаги прилипнут к шарику.

Вы видели, как ваши волосы вот так «встают дыбом» ?!

ВОПРОС:

Что вы сделали, чтобы ваши волосы или кусочки бумаги прилипли к воздушному шарику?

Сильно протереть шариком.

Давайте посмотрим на повседневный пример статического электричества. Иногда, когда вы расчесываете волосы пластиковой расческой, волосы встают дыбом и издают треск. Как это произошло?

Вы провели пластиковую расческу по поверхности ваших волос. Когда две поверхности трутся друг о друга, между ними возникает трение .Трение — это сопротивление движению объекта в результате его контакта с другим объектом. Это означает, что когда вы проводите пластиковой расческой по волосам, ваши волосы сопротивляются движению расчески и замедляют его движение.

Трение между двумя поверхностями может вызвать перенос электронов с одной поверхности на другую.

Чтобы понять, как могут передаваться электроны, нам нужно вспомнить, что мы узнали о структуре атома в последнем члене книги «Материя и материалы».

У всех атомов есть ядра, содержащие протоны и нейтроны. Ядро удерживается вместе очень сильной силой, а это означает, что протоны внутри ядра можно рассматривать как закрепленные там. Атом также содержит электроны. Где в атоме расположены электроны?


Электроны расположены в пространстве вокруг ядра.

Какой заряд у протона?


Какой заряд у электрона?


Какой заряд у нейтрона?


Нейтроны не заряжаются.Они нейтральны.

Атом удерживается вместе за счет электростатического притяжения между положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами. Внутри атома электроны, расположенные ближе всего к ядру, удерживаются сильнее всего, в то время как более удаленные испытывают более слабое притяжение.

Обычно атомы содержат одинаковое количество протонов и электронов. Это означает, что атомы обычно нейтральные , потому что они имеют такое же количество положительных зарядов, что и отрицательные, поэтому заряды уравновешивают друг друга.Все объекты состоят из атомов, и поскольку атомы обычно нейтральны, объекты также обычно нейтральны.

Однако, когда мы трём две поверхности друг о друга, например, когда вы расчесываете волосы или трут воздушный шар о волосы, трение может вызвать перенос электронов от одного объекта к другому. Помните, что протоны закреплены на месте в ядре, поэтому они не могут передаваться между атомами, только электроны могут переноситься на другую поверхность. Некоторые объекты отдают электроны легче, чем другие.Посмотрите на следующую диаграмму, которая объясняет, как это происходит.

Какой объект отказался от части своих электронов на диаграмме?


У этого объекта теперь больше положительных или отрицательных зарядов?


В нем больше положительных зарядов.

Какой объект получил электроны на диаграмме?


У этого объекта теперь больше положительных или отрицательных зарядов?


В нем больше отрицательных зарядов.

Если у объекта больше электронов, чем протонов в целом, мы говорим, что объект заряжен отрицательно .

Если у объекта меньше электронов, чем протонов в целом, мы говорим, что объект заряжен положительно .

Взгляните на следующую диаграмму, которая это иллюстрирует.

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

Это забавная демонстрация того, как одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, а разные заряды притягиваются друг к другу. Если у вас достаточно материалов, позвольте учащимся попробовать это самостоятельно. Если у вас недостаточно материалов, сделайте это в качестве демонстрации, но дайте учащимся возможность немного поиграть.

Сначала выполните это упражнение несколько раз, чтобы убедиться, что у вас правильный метод. Помните, что стержни можно случайно заземлить, поэтому работайте осторожно. Лучше всего это подойдет в сухой день. Это будет зависеть от района, в котором вы живете.

На семинаре-мозговом штурме с учителями-добровольцами и учеными в начале 2013 года мы сняли быструю демонстрацию этой задачи, когда группа ее обсуждала. Вы можете просмотреть этот короткий клип здесь:

МАТЕРИАЛЫ:

  • 2 изогнутых очка для часов
  • 2 стержня из плексигласа
  • ткань: шерсть или нейлон
  • пластиковый стержень
  • маленькие кусочки рваной бумаги

ИНСТРУКЦИЯ:

Положите на стол стакан для часов вверх дном.

Установите второе часовое стекло в вертикальное положение на первое часовое стекло.

Тряпкой энергично протрите один из стержней из плексигласа.

Уравновесите стержень из плексигласа по верхней части стекла часов.

Тщательно протрите второй стержень из плексигласа той же тканью.

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

Второй стержень из плексигласа должен отталкивать первый, поскольку у них одинаковые заряды, поэтому учащиеся должны видеть, как второй стержень «толкает» первый по кругу.

Возможно, вам придется снова потереть первый стержень из плексигласа в перерывах между попытками, поскольку заряд все же рассеивается.

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

У стержней теперь есть противоположные заряды, поэтому должно быть видно, что второй стержень «тянет» другой стержень по кругу.

Затем поднесите натертый стержень к маленьким кусочкам оторванной бумаги, лежащим на столе.Что вы наблюдаете?

Учащиеся должны уметь поднимать листы бумаги заряженной палкой.

ВОПРОСЫ:

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



Когда стержни одинаковые (т.е. оба плексигласа), то первый стержень должен отойти от второго, и верхнее часовое стекло повернется по кругу.

Что произошло, когда вы поднесли пластмассовый стержень к первому стержню из плексигласа?



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

Что произошло, когда вы поднесли пластиковый стержень к листам бумаги?


Листы бумаги были притянуты к пластиковому стержню.

Когда мы натирали плексигласовые стержни тканью, электроны переходили с плексигласа на ткань.Какой заряд теперь у стержней из плексигласа?


Оба стержня из плексигласа теперь имеют одинаковый заряд . Вы заметили, что предметы с одинаковым зарядом имеют тенденцию отталкиваться друг от друга? Мы говорим, что они отталкивают друг друга .

Когда мы натирали пластиковый стержень тканью, электроны переходили с ткани на пластиковый стержень. Какой заряд теперь у пластикового стержня?


У стержня из плексигласа и пластикового стержня теперь против зарядов.Вы заметили, что предметы с разным зарядом стремятся сблизить друг друга? Мы говорим, что их привлекают друг друга .

В примере с листами бумаги, притягиваемыми к линейке, бумага начинается нейтрально. Однако по мере приближения отрицательно заряженного пластикового стержня электроны в бумаге, ближайшие к стержню, начнут удаляться, оставляя положительный заряд на ближайших к стержню поверхностях бумаги.Поэтому бумага притягивается к стержню, потому что притягиваются противоположные заряды. Другой пример — пыль, которая притягивается к недавно отполированным стеклам.

Мы наблюдали фундаментальное поведение зарядов.

В итоге можно сказать:

  • Если два отрицательно заряженных объекта приблизить друг к другу, они будут отталкиваться друг от друга.
  • Если два положительно заряженных объекта приблизить друг к другу, они будут отталкиваться друг от друга.
  • Если положительно заряженный объект поднести к отрицательно заряженному объекту, они будут притягиваться друг к другу.

Помните, одинаковых зарядов отражают и противоположных зарядов притягиваются.

Теперь вы понимаете, почему ваши волосы встают дыбом и притягиваются к воздушному шарику после того, как вы натираете шарик о волосы? Напишите краткое описание, чтобы объяснить происходящее, используя слова: электроны, перенос, отрицательный заряд, положительный заряд, противоположность, притяжение, отталкивание.




При трении волос шариком электроны переносятся с волос на шарик. Теперь воздушный шар имеет отрицательный заряд, а волосы — положительный. У них противоположные заряды, поэтому, когда воздушный шар снова приближается к волосам, они притягиваются друг к другу. Поскольку каждая прядь волос имеет положительные заряды, подобные заряды отталкиваются, а пряди волос отталкиваются друг от друга, заставляя их подниматься вверх.

Противоположности притягиваются и подобно отталкиваются (видео)

Искры, удары и заземление

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

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

Электростатическая искра между двумя объектами.

Искры могут быть безвредными, но они также могут быть очень опасными. Искры могут вызвать воспламеняющихся материалов до воспламенения . Вы, наверное, заметили, что нельзя курить сигареты или иметь открытый огонь возле бензобаков на заправочных станциях.Это связано с тем, что пары бензина очень взрывоопасны и требуют небольшого количества тепла, чтобы начать их горение. Достаточно небольшой электростатической искры, чтобы воспламенить горючие пары бензина.

Видео, показывающее опасность искр статического электричества на АЗС.

На этом видео в поле «Посещение» показано, как статическое электричество от протекающего бензина вызывает искру, которая воспламеняет пары бензина и приводит к сильному возгоранию.Это иллюстрация одной из опасностей статического электричества.

Электростатический разряд может также вызвать поражение электрическим током . Вы когда-нибудь были потрясены тележкой для покупок, когда катали ее по магазину? Или вы шли по комнате с ковровым покрытием и затем шокировали себя, когда дотрагивались до дверной ручки, чтобы выйти из комнаты? Вы испытали электрический разряд. Электроны перемещаются от дверной ручки к вашей коже, и движение электронов вызывает небольшой электрический шок.Небольшие удары электрическим током могут быть неудобными, но в большинстве случаев безвредными. Сильное поражение электрическим током чрезвычайно опасно и может привести к травмам и смерти.

Разряд электронов от заряженных объектов происходит намного легче, когда воздух сухой, поэтому вы с большей вероятностью столкнетесь с электростатическими искрами или ударами в сухую погоду. Это связано с тем, что во влажную погоду влага в воздухе может собираться на поверхности предметов и предотвращать накопление электрического заряда.Заряд рассеивается через влагу, которая является лучшим проводником, чем воздух.

Знаете ли вы, где еще можно увидеть искры от статического электричества? Посмотрите на фото, чтобы понять!

Молния — это огромный электростатический разряд.

Во время грозы в атмосфере возникает трение между частицами, составляющими облака, вызывая накопление областей заряда. Когда разница в заряде между двумя областями становится достаточно большой, становится возможным электростатический разряд.Молния — это массивный разряд между заряженными областями внутри облаков или между облаками и Землей.

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

Как выжить при ударе молнии.

Чтобы безопасно отвести лишние электроны от объекта, мы должны заземлить его. Заземление означает, что мы соединяем заряженный объект с землей (Землей) с помощью электрического проводника.Лишние электроны перемещаются по проводнику и попадают в землю, не причиняя никакого вреда. Земля настолько велика, что дополнительная зарядка не имеет никакого общего эффекта.

Например, подумайте о металлических тележках в торговых центрах. Вы когда-нибудь замечали, что у них обычно внизу свисает металлическая цепочка, которая волочится по полу? Это необходимо для заземления тележки, если она заряжена, чтобы заряд не накапливался на тележке. Это защищает человека, толкающего тележку, от удара током.

ИНСТРУКЦИЯ:

  1. Используйте Интернет, школьную или общественную библиотеку, чтобы найти информацию о практическом применении статического электричества.
  2. Изучите один полезный эффект статического электричества и одну проблему, вызванную статическим электричеством.
  3. Напишите короткий абзац, объясняющий ваше исследование.








Существует множество различных полезных и разрушительных эффектов статического электричества.Вот несколько примеров.

  • Полезно: воздушные фильтры удаляют частицы дыма; окраска распылением; ксерокопирование
  • проблемы: пыль на экранах телевизоров и компьютеров; повреждение электронного оборудования

Теперь мы рассмотрим два прибора, которые демонстрируют статическое электричество.

Генератор Ван де Граафа

Если у вас нет генератора Ван де Граафа, вы можете использовать некоторые из представленных здесь видео, которые показывают и объясняют, как работает генератор.Если у вас есть генератор, то позволяя учащимся «поиграть» с ним, они получат хорошее представление о влиянии статического электричества. Позвольте учащимся выполнять различные действия, например, заставлять их волосы встать дыбом.

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

Разорвите маленькие кусочки бумаги и поместите их на верхнюю часть незаряженного купола, запустите генератор, и кусочки зарядятся и полетят с генератора.Это хороший пример того, как листы бумаги заряжаются, а затем, поскольку все они имеют одинаковый заряд, отталкиваются друг от друга.

Генератор Ван де Граафа — это машина, которая использует трение для создания большого накопления электрического заряда на металлическом куполе.

Следует ли прикоснуться к 20 000 Вольт? Посетите эту ссылку, чтобы узнать!

Фундаментальная идея использования трения в машине для генерации заряда восходит к 17 веку, но генератор был изобретен Робертом Ван де Грааффом только в 1929 году в Принстонском университете.

Генератор Ван де Граафа можно использовать для демонстрации эффектов электростатического заряда. Большой металлический купол наверху заряжается положительно при включении генератора. Когда купол заряжен, его можно разрядить, поднеся к куполу еще одну изолированную металлическую сферу. Электроны прыгнут на купол с металлической сферы и вызовут искру.

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

Эти девушки касаются большого купола генератора Ван де Граафа.

Вы также можете прикоснуться к куполу, и ваши волосы встанут дыбом. Как вы думаете, почему это происходит?



Когда вы касаетесь положительно заряженного купола, электроны переходят от вас к куполу и разряжают его. Это заставляет вас и ваши волосы заряжаться положительно. Затем отдельные пряди волос заряжаются положительно, поэтому они отталкиваются друг от друга и встают дыбом.

Электроскоп

Электроскоп — это ранний научный инструмент, который использовался для определения наличия заряженного объекта или его можно использовать для определения типа заряда на заряженном объекте.

Электроскоп, используемый в лаборатории.

На следующих изображениях показаны некоторые рисунки различных типов электроскопов.

Ранний пример электроскопа с одной золотой полосой внизу и шариком вверху Другой пример электроскопа с диском вверху и двумя полосками из золотой фольги внизу.

Электроскоп представляет собой заземленный металлический корпус со стеклянными окошками. Здесь свисает металлический стержень, а на конце к нему прикреплены две полоски тонкой золотой фольги.К верхней части металлического стержня прикреплен диск или шар, как показано на иллюстрациях выше. Когда металлический шар или диск наверху соприкасается с заряженным предметом или заряженный предмет приближается к нему, полосы золотой фольги расходятся, указывая на то, что предмет заряжен.

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

Положительно заряженный стержень притягивает электроны к диску с полосок золотой фольги. Диск вверху заряжается отрицательно, а полоски золотой фольги внизу заряжаются положительно.Почему полосы золотой фольги расходятся?



Они расходятся, так как теперь оба имеют положительный заряд, а положительные заряды отталкиваются.

Простой электроскоп можно сделать из повседневных предметов. Давай попробуем.

Если вы не можете найти стеклянные банки с крышками, можно сделать крышки.Используйте старые пластиковые крышки для ванн и вырежьте круг того же размера, что и отверстие в стеклянной банке. Затем используйте изоленту (или даже малярную ленту), чтобы закрепить пластиковую крышку над отверстием банки.

Медь не обязательно должна быть 14-го калибра, но чем толще кусок, тем лучше он держит форму.

Подробные инструкции и видео можно найти в Интернете. Посмотрите видео в поле «Посещение», чтобы получить подробное описание метода.

Сделайте свой электроскоп (видео)

МАТЕРИАЛЫ:

  • банка стеклянная с крышкой
  • Медный провод 14 калибра, длиной около 12 см
  • пластиковая соломинка или пластиковая трубка
  • 2 маленьких кусочка алюминиевой фольги
  • кусок шерстяной ткани
  • пластиковая линейка
  • стеклянный стержень

ИНСТРУКЦИЯ:

  1. Скрутите один конец медной проволоки в виде спирали.Это увеличит его площадь поверхности.
  2. Сделайте отверстие в крышке банки и протолкните через отверстие небольшой кусок пластиковой трубки.
  3. Проденьте другой конец медной проволоки через соломинку так, чтобы конец спирали находился снаружи крышки.
  4. Сделайте крючок из заостренного конца медной проволоки.
  5. Вырежьте две прямоугольные полоски из алюминиевой фольги.
  6. Наденьте каждый кусок алюминиевой фольги на крючок.Сделайте небольшое отверстие в алюминиевой фольге, чтобы она могла висеть на крючке.
  7. Осторожно поместите конец медной проволоки с крючком в стеклянную емкость и закройте емкость.
  8. Потрите линейку шерстяной тканью в течение минуты.
  9. Поднесите линейку к спиральному концу медной проволоки.

ВОПРОСЫ:

Что вы наблюдали, когда подносили линейку к медной проволоке?


Два куска алюминиевой фольги раздвинулись.

Что произойдет, если вы отодвинете линейку от медного провода?


Куски алюминиевой фольги сдвигаются вместе.

Почему кусочки алюминиевой фольги расходятся? Когда вы терли пластиковую линейку шерстяной тканью, линейка становилась отрицательно заряженной.Когда отрицательно заряженная линейка приближается к медному проводу, электроны на проводе отталкиваются вниз к алюминиевой фольге. Кусочки алюминиевой фольги имеют на себе дополнительные электроны, и оба они становятся отрицательно заряженными. Два отрицательно заряженных объекта будут отталкиваться друг от друга, поэтому куски алюминиевой фольги удалятся друг от друга.

Следующий вопрос — проверка понимания учащимися того факта, что положительные заряды не движутся, чтобы вызвать заряд, только электроны могут двигаться.Но положительно заряженный объект может двигаться. Учащиеся часто путаются с этим. Дайте им возможность самостоятельно продумать ответ. Позвольте им поднести положительно заряженный объект к электроскопу, чтобы понаблюдать за происходящим, а затем попытайтесь выяснить, почему эффект такой же. Если протереть стеклянный стержень шерстяной тканью, на стеклянном стержне появится положительный заряд.

Напишите короткий абзац, чтобы объяснить, что произойдет, если вы поднесете положительно заряженный объект близко к электроскопу.





Когда положительно заряженный объект приближается к электроскопу, отрицательные электроны притягиваются к положительно заряженному объекту и движутся вверх по медному проводу. Это означает, что кусочки алюминия потеряли несколько электронов и, следовательно, имеют общий положительный заряд. После этого оба куска алюминиевой фольги заряжаются положительно.Одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, поэтому куски алюминиевой фольги отдаляются друг от друга.

Основы статического электричества Рона Куртуса

SfC Home> Физика> Электричество> Статическое электричество>

, автор: Рон Куртус (от 18 мая 2017 г.)

Статическое электричество — это накопление электрических зарядов на поверхности какого-либо объекта или материала.Статическое электричество обычно создается, когда материалы растягиваются или трются друг о друга, в результате чего положительные (+) заряды накапливаются на одном материале, а отрицательные (-) заряды — на другой поверхности. Статическое электричество может привести к искрам, ударам или слипанию материалов.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

  • Что такое статическое электричество?
  • Как это создано?
  • Какие эффекты оказывает статическое электричество?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц



( Примечание : Если вы ищете информацию о том, как прекратить получение статического электричества разрядов , см. Управление статическим электричеством.)

Описание статического электричества

Статическое электричество — это накопление электрических зарядов на поверхности материала, обычно изолятора или непроводника электричества. Он называется «статическим», потому что в нем не течет ток, как в электричестве переменного тока (AC) или постоянного тока (DC).

Обычно в статическом электричестве участвуют два материала: один имеет избыток электронов или отрицательных (-) зарядов на поверхности, а другой материал имеет избыток положительных (+) электрических зарядов. Атомы у поверхности материала, потерявшие один или несколько электронов, будут иметь положительный (+) электрический заряд.

Отрицательные (-) заряды собираются на поверхности трубы PCV

Если один из материалов представляет собой заземленный электрический проводник, его заряды сразу же исчезнут, а другой материал останется заряженным.

Причина статического электричества

Статическое электричество обычно возникает, когда определенные материалы трутся друг о друга, например, шерсть о пластик или подошва вашей обуви о ковер. Это также возникает, когда материалы прижимаются друг к другу и разрываются.

В результате этого процесса электроны отрываются от поверхности одного материала и перемещаются на поверхность другого материала. Это называется трибоэлектрическим эффектом или трибоэлектрическим зарядом.

Материал, теряющий электроны, имеет избыток положительных (+) зарядов.Материал, который получает электроны, в конечном итоге имеет на своей поверхности избыток отрицательных (-) зарядов.

Предпочтителен сухой воздух

Статическое электричество образуется намного лучше, когда воздух сухой или низкая влажность. Когда воздух влажный, молекулы воды могут собираться на поверхности различных материалов. Это может предотвратить накопление электрических зарядов. Причина связана с формой молекулы воды и ее собственными электрическими силами.

Дождь

Но когда между каплями воды наблюдается сильная турбулентность, например, в грозовом облаке, на каплях воды могут накапливаться статические электрические заряды.

Бенджамин Франклин показал, что статическое электричество создается в грозовом облаке при запуске воздушного змея во время шторма. Он обнаружил статическое электричество, увидев встающие дыбом волоски на веревке воздушного змея и создав статическую электрическую искру с помощью металлического ключа. Это был опасный эксперимент, и Франклину повезло, что его не убили.

( Подробнее см. Биографию жизни Бена Франклина. )

Свойства или эффекты статического электричества

Статическое электричество может вызывать притяжение или отталкивание материалов.Это также может привести к тому, что искра будет перескакивать с одного материала на другой.

Аттракцион

Потрите шерстяной свитер воздушным шариком. Воздушный шар накапливает на своей поверхности отрицательные электрические заряды, а шерсть накапливает положительные заряды. Затем вы можете прикрепить воздушный шар к стене, у которой нет избытка заряда. Воздушный шар также будет прилипать к шерсти, хотя заряды могут быстро вернуться к исходному материалу.

Также можно провести по волосам расческой, чтобы зарядить расческу статическим электричеством.Затем расческу можно использовать для притягивания нейтральных кусочков ткани.

Использование статического электричества для сбора ткани гребешком

Отталкивание

Расчешите волосы в сухой день или после использования фена. Пластиковая расческа собирает отрицательные заряды с волос, вызывая избыток положительных зарядов в волосах. Поскольку одноименные заряды отталкиваются, пряди волос будут отталкиваться друг от друга, вызывая эффект «распадающихся волос».

Искры

Если на одном объекте или материале достаточно положительных (+) электрических зарядов и достаточно отрицательных (-) зарядов на поверхности другого объекта, притяжение между зарядами может быть достаточно большим, чтобы электроны перепрыгнули через воздушный зазор между объектами. .

Как только несколько электронов начинают двигаться через зазор, они нагревают воздух, так что через зазор будет прыгать все больше и больше электронов. Это еще больше нагревает воздух. Все это происходит очень быстро, и воздух становится настолько горячим, что ненадолго светится. Это искра.

То же самое происходит с молнией, за исключением гораздо большего масштаба, с более высокими напряжениями и токами.

Сводка

Трение некоторых материалов друг о друга может вызвать накопление электрических зарядов на поверхностях.Противоположные заряды притягиваются, а одинаковые отталкиваются. Любой из зарядов будет привлечен к чему-то нейтральному. Искры — это крайний случай, когда электроны притягиваются к объекту, имеющему положительный заряд, и прыгают через воздушный зазор, тем самым нагревая воздух в течение доли секунды.


Электрифицируйте других, стараясь изо всех сил


Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайтов

Статические ресурсы электроэнергии

Книги

Книги по электростатике с самым высоким рейтингом


Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте.Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.


Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:


Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/static_electricity.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.

Авторские права © Ограничения


Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Электроэнергетика

Основы статического электричества

Статическое электричество и заряд: сохранение заряда

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определите электрический заряд и опишите, как взаимодействуют два типа заряда.
  • Опишите три типичных ситуации, в которых генерируется статическое электричество.
  • Укажите закон сохранения заряда.

Рис. 1. Янтарь Борнео был добыт в Сабахе, Малайзия, из жил сланцевых песчаников и аргиллитов. Когда кусок янтаря натирают куском шелка, янтарь получает больше электронов, что придает ему отрицательный заряд. При этом шелк, потеряв электроны, становится положительно заряженным. (Источник: Sebakoamber, Wikimedia Commons)

Что делает пластиковую пленку липкой? Статичное электричество.Мало того, что статическое электричество стало обычным явлением в наши дни, его существование было известно с древних времен. Первое упоминание о его воздействии датируется древними греками, которые отметили, что более 500 лет до н. эта полировка янтаря временно позволила ему притягивать кусочки соломы (см. рис. 1). Само слово электрический происходит от греческого слова янтарь ( электрон ).

Многие характеристики статического электричества можно изучить, потерев предметы друг о друга.При трении возникает искра, возникающая, например, при прогулке по шерстяному ковру. Статическое прилипание, возникающее в сушилке для одежды, и притяжение соломы к недавно отполированному янтарю также являются результатом трения. Точно так же молния возникает в результате движения воздуха при определенных погодных условиях. Вы также можете потереть воздушный шарик о волосы, и статическое электричество может заставить шарик прилипнуть к стене. Мы также должны быть осторожны со статическим электричеством, особенно в сухом климате. Когда мы перекачиваем бензин, нас предупреждают, что нужно разрядиться (после скольжения по сиденью) на металлическую поверхность, прежде чем взяться за газовое сопло.В больничных операционных должны быть надеты пинетки с алюминиевой фольгой на дне, чтобы избежать искр, которые могут воспламенить используемый кислород.

Некоторые из основных характеристик статического электричества включают:

  • Эффекты статического электричества объясняются не введенной ранее физической величиной, называемой электрическим зарядом.
  • Есть только два типа заряда: один называется положительным, а другой — отрицательным.
  • Подобные заряды отталкивают, тогда как разные обвинения притягиваются.
  • Сила между зарядами уменьшается с расстоянием.

Откуда мы знаем, что есть два типа электрического заряда ? Когда различные материалы трутся друг о друга контролируемым образом, определенные комбинации материалов всегда создают один тип заряда на одном материале и противоположный — на другом. По соглашению мы называем один тип заряда «положительным», а другой — «отрицательным». Например, когда стекло натирают шелком, оно заряжается положительно, а шелк — отрицательно.Поскольку стекло и шелк имеют противоположные заряды, они притягиваются друг к другу, как одежда, натертая в сушилке. Два стеклянных стержня, натертых таким образом на шелке, будут отталкивать друг друга, поскольку каждый стержень имеет положительный заряд. Точно так же две натертые таким образом шелковые ткани будут отталкивать, поскольку обе ткани имеют отрицательный заряд. На рисунке 2 показано, как эти простые материалы могут быть использованы для изучения природы силы между зарядами.

Рис. 2. Стеклянный стержень заряжается положительно, когда натирается шелком, а шелк — отрицательно.(а) Стеклянный стержень притягивается к шелку, потому что их заряды противоположны. (b) Два одинаково заряженных стеклянных стержня отталкиваются. (c) Две одинаково заряженные шелковые ткани отталкиваются.

Возникают более сложные вопросы. Откуда берутся эти обвинения? Можете ли вы создать или уничтожить заряд? Есть самая маленькая единица заряда? Как именно сила зависит от количества заряда и расстояния между зарядами? Такие вопросы, очевидно, приходили в голову Бенджамину Франклину и другим ранним исследователям, и они интересуют нас даже сегодня.

Заряд, переносимый электронами и протонами

Франклин писал в своих письмах и книгах, что он мог видеть эффекты электрического заряда, но не понимал, что вызвало это явление. Сегодня у нас есть преимущество в том, что мы знаем, что нормальная материя состоит из атомов и что атомы содержат положительные и отрицательные заряды, обычно в равных количествах.

Рис. 3. Этот упрощенный (не в масштабе) вид атома называется планетарной моделью атома. Отрицательные электроны вращаются вокруг гораздо более тяжелого положительного ядра, как планеты вращаются вокруг гораздо более тяжелого Солнца.На этом сходство заканчивается, потому что силы в атоме электромагнитные, а силы в планетной системе — гравитационные. Нормальные макроскопические количества вещества содержат огромное количество атомов и молекул и, следовательно, еще большее количество отдельных отрицательных и положительных зарядов.

На рисунке 3 показана простая модель атома с отрицательными электронами , вращающимися вокруг его положительного ядра. Ядро положительно из-за наличия положительно заряженных протонов .Почти весь заряд в природе обусловлен электронами и протонами, которые являются двумя из трех строительных блоков большей части материи. (Третий нейтрон — нейтрон, не несущий заряда.) Другие несущие заряд частицы наблюдаются в космических лучах и ядерном распаде и создаются в ускорителях частиц. Все, кроме электрона и протона, выживают лишь короткое время и по сравнению с ними встречаются довольно редко.

Заряды электронов и протонов одинаковы по величине, но противоположны по знаку. Более того, все заряженные объекты в природе являются целыми кратными этой базовой величине заряда, что означает, что все заряды состоят из комбинаций базовой единицы заряда.Обычно заряды образуются комбинациями электронов и протонов. Величина этого базового заряда составляет

ед.

| q e | = 1,60 × 10 −19 С.

Символ q обычно используется для обозначения заряда, а нижний индекс e указывает заряд отдельного электрона (или протона).

Единицей заряда в системе СИ является кулон (Кл). Количество протонов, необходимое для заряда 1,00 C, составляет

.

[латекс] 1.00 \ text {C} \ times \ frac {1 \ text {proton}} {1.{18} \ text {протоны} \\ [/ latex].

Точно так же 6,25 × 10 18 электронов имеют общий заряд -1,00 кулонов. Так же, как есть мельчайший бит элемента (атома), есть мельчайший бит заряда. Непосредственно наблюдаемого заряда меньше чем | q e |, и все наблюдаемые расходы являются целыми кратными | q e |.

Большое и маленькое: субмикроскопическое происхождение заряда

За исключением экзотических короткоживущих частиц, весь заряд в природе переносится электронами и протонами.Электроны несут заряд, который мы назвали отрицательным. Протоны несут заряд равной величины, который мы называем положительным. (См. Рис. 4.) Заряды электронов и протонов считаются фундаментальными строительными блоками, поскольку все остальные заряды кратны зарядам, переносимым электронами и протонами. Электроны и протоны также являются двумя из трех основных строительных блоков обычной материи. Нейтрон является третьим и имеет нулевой общий заряд.

Рис. 4. Когда этот человек касается генератора Ван де Граафа, он получает избыток положительного заряда, в результате чего его волосы встают дыбом.Показаны заряды в одном волосе. Художественная концепция электрона и протона иллюстрирует частицы, несущие отрицательный и положительный заряды. Мы не можем действительно видеть эти частицы в видимом свете, потому что они такие маленькие (электрон кажется бесконечно малой точкой), но мы много знаем об их измеримых свойствах, таких как заряды, которые они несут.

На рис. 4 показан человек, касающийся генератора Ван де Граафа и получающий избыточный положительный заряд. Расширенный вид волос показывает наличие обоих типов зарядов, но избыток положительного.Отталкивание этих положительных одинаковых зарядов заставляет пряди волос отталкивать другие пряди волос и подниматься вверх. Дальнейший взрыв демонстрирует концепцию художника об электроне и протоне, которые, возможно, находятся в атоме в прядке волос.

Электрон, кажется, не имеет субструктуры; Напротив, когда субструктура протонов исследуется путем рассеяния на них чрезвычайно энергичных электронов, оказывается, что внутри протона есть точечные частицы. Эти субчастицы, называемые кварками, никогда напрямую не наблюдались, но считается, что они несут дробные заряды, как показано на рисунке 5.Заряды электронов, протонов и всех других непосредственно наблюдаемых частиц являются унитарными, но эти кварковые субструктуры несут заряды либо [латекс] — \ frac {1} {3} \\ [/ latex], либо [латекс] + \ frac {2}. {3} \\ [/ латекс]. Продолжаются попытки непосредственно наблюдать дробный заряд и изучать свойства кварков, которые, возможно, являются основной субструктурой материи.

Рис. 5. Художественная концепция дробных зарядов кварков внутри протона. Группа из трех кварковых зарядов складывается в один положительный заряд протона: [латекс] — \ frac {1} {3} q_e + \ frac {2} {3} q_e + \ frac {2} {3} q_e = + 1q_e \\ [/ латекс].

Разделение заряда на атомы

Заряды в атомах и молекулах можно разделить, например, трением материалов друг о друга. Некоторые атомы и молекулы имеют большее сродство к электронам, чем другие, и становятся отрицательно заряженными при тесном контакте при трении, оставляя другой материал заряженным положительно. (См. Рис. 6.) Положительный заряд аналогичным образом может быть вызван трением. Другие методы, кроме растираний, также могут разделять заряды. В батареях, например, используются комбинации веществ, которые взаимодействуют таким образом, чтобы разделять заряды.При химическом взаимодействии отрицательный заряд может передаваться от одного вещества к другому, в результате чего одна клемма аккумулятора становится отрицательной, а первая остается положительной.

Рис. 6. Когда материалы трутся друг о друга, заряды могут быть разделены, особенно если один материал имеет большее сродство к электронам, чем другой. (а) И янтарь, и ткань изначально нейтральны, с одинаковыми положительными и отрицательными зарядами. Речь идет только о крошечной части зарядов, и здесь показаны лишь некоторые из них.(б) При трении друг о друга некоторый отрицательный заряд переносится на янтарь, оставляя ткань с чистым положительным зарядом. (c) После разделения янтарь и ткань теперь имеют чистые заряды, но абсолютные значения чистых положительных и отрицательных зарядов будут равны.

Никаких зарядов фактически не создается или не уничтожается, когда заряды разделяются, как мы обсуждали. Скорее, существующие обвинения перемещаются. Фактически, во всех ситуациях общая сумма заряда всегда постоянна. Этот повсеместно подчиняющийся закон природы называется законом сохранения заряда .2} \\ [/ латекс]. Иногда созданная масса заряжена, например, когда создается электрон. Всякий раз, когда создается заряженная частица, вместе с ней всегда создается другая, имеющая противоположный заряд, так что общий создаваемый заряд равен нулю. Обычно эти две частицы являются аналогами «материя-антивещество». Например, антиэлектрон обычно создается одновременно с электроном. Антиэлектрон имеет положительный заряд (он называется позитроном), поэтому общий создаваемый заряд равен нулю. (См. Рисунок 7.2} \\ [/ латекс]. Поскольку две частицы имеют равный и противоположный заряд, общий заряд равен нулю до и после аннигиляции; таким образом, общий заряд сохраняется.

Рис. 7. (a) Когда присутствует достаточно энергии, она может быть преобразована в материю. Здесь создается материя — электрон-антиэлектронная пара. (me — масса электрона.) Полный заряд до и после этого события равен нулю. б) при столкновении вещества и антивещества они уничтожают друг друга; полный заряд сохраняется на нуле до и после аннигиляции.

Установление связей: законы сохранения

Универсально сохраняется только ограниченное количество физических величин. Заряд — это одно, а энергия, импульс и угловой момент — другие. Поскольку они сохраняются, эти физические величины используются для объяснения большего числа явлений и образуют больше связей, чем другие, менее базовые величины. Мы обнаруживаем, что сохраненные количества дают нам глубокое понимание правил, которым следует природа, и намекают на ее организацию. Открытие законов сохранения привело к дальнейшим открытиям, таким как слабое ядерное взаимодействие и кварковая субструктура протонов и других частиц.

Закон сохранения заряда абсолютен — его нарушение никогда не наблюдалось. Таким образом, заряд — это особая физическая величина, которая присоединяется к очень короткому списку других величин в природе, которые всегда сохраняются. Другие сохраняемые величины включают энергию, импульс и угловой момент.

Исследования PhET: воздушные шары и статическое электричество

Почему к свитеру прилипает воздушный шарик? Потрите воздушный шарик о свитер, затем отпустите шарик, и он полетит и прилипнет к свитеру.Посмотрите на заряды в свитере, воздушных шарах и стене.

Щелкните, чтобы запустить моделирование.

Сводка раздела

  • Есть только два типа заряда, которые мы называем положительным и отрицательным.
  • Подобные заряды отталкиваются, в отличие от зарядов притягиваются, и сила между зарядами уменьшается пропорционально квадрату расстояния.
  • Подавляющее большинство положительного заряда в природе переносится протонами, в то время как подавляющее большинство отрицательного заряда переносится электронами.
  • Электрический заряд одного электрона равен по величине и противоположен по знаку заряду одного протона.
  • Ион — это атом или молекула, которые имеют ненулевой общий заряд из-за неравного количества электронов и протонов.
  • Единицей измерения заряда в системе СИ является кулон (Кл), где протоны и электроны имеют заряды противоположных знаков, но равной величины; величина этого основного заряда | q e | есть | q e | = 1,60 × 10 −19 С.
  • Всякий раз, когда создается или разрушается заряд, задействовано равное количество положительного и отрицательного.
  • Чаще всего существующие заряды отделяются от нейтральных объектов для получения некоторого чистого заряда.
  • В нейтральных объектах существуют как положительные, так и отрицательные заряды, и их можно разделить, потерев один объект о другой. Для макроскопических объектов отрицательно заряженный означает избыток электронов, а положительно заряженный — их обеднение.
  • Закон сохранения заряда гарантирует, что всякий раз, когда создается заряд, одновременно создается равный заряд противоположного знака.

Концептуальные вопросы

  1. В большинстве объектов очень большое количество заряженных частиц. Почему же тогда большинство объектов не обладают статическим электричеством?
  2. Почему большинство объектов обычно содержат примерно равное количество положительных и отрицательных зарядов?

Задачи и упражнения

  1. Обычное статическое электричество включает в себя заряды от нанокулонов до микрокулонов. (а) Сколько электронов необходимо для образования заряда -2.00 нКл (б) Сколько электронов необходимо удалить с нейтрального объекта, чтобы получить чистый заряд 0,500 мкм Кл?
  2. Если 1,80 × 10 20 электронов перемещаются через карманный калькулятор в течение полного рабочего дня, сколько кулонов заряда прошло через него?
  3. Для запуска двигателя автомобиля автомобильный аккумулятор перемещает 3,75 × 10 21 электронов через стартер. Сколько кулонов заряда было перемещено?
  4. Определенная молния перемещает 40,0 C заряда.Сколько фундаментальных единиц заряда | q e | это?

Глоссарий

электрический заряд: физическое свойство объекта, которое заставляет его притягиваться или отталкиваться от другого заряженного объекта; каждый заряженный объект генерирует силу, называемую электромагнитной силой

, и испытывает на нее влияние.

закон сохранения заряда: гласит, что всякий раз, когда создается заряд, одновременно создается равное количество заряда с противоположным знаком

электрон: частица, вращающаяся вокруг ядра атома и несущая наименьшую единицу отрицательного заряда

.

протон: частица в ядре атома, несущая положительный заряд, равный по величине и противоположный по знаку величине отрицательного заряда, переносимого электроном

Избранные решения проблем и упражнения

1.(а) 1,25 × 10 10 ; (б) 3,13 × 10 12

3. −600 С

Статический заряд

Статический заряд

Статический заряд

Элизабет Хейл

22 февраля 2000 г.

Краткое описание урока: Учащиеся поймут, что статический электричество состоит из электрического заряда на поверхности объекта путем прогнозирования и испытание эффекта трения двух воздушных шаров шерстяной тканью и пластиком и воздушные шары вместе.

Уровень успеваемости и нормы содержания обучения: Четвертый класс

Студенты будут:

Связанное трение с предметами, заряженными статическим электричеством (AL 4.34)

Использовать методы, необходимые для научных исследований

— Распознавать несоответствия

-Демонстрация критического мышления

-Запись наблюдений

-Прогнозирование возможных результатов (AL 4.1)

Показывать привычки, необходимые для ответственного научного исследования.

-Любопытство

-Внимание к детали

-Объективность (AL 4.2)

Эффективное распространение научного содержания (AL 4.3)

Создавать ментальные, вербальные или физические представления идей, объектов и событий

(AL 4.4).

Распознавать влияние факторов, которыми управляют и которыми управляют, на исход событий (AL 4.5).

Общая информация для учителя: Вся материя состоит из крошечных частиц. Некоторые из этих частиц несут кусочки электричества, называемые электрическими зарядами. Электрические заряды несут ответственность за все электрические явления. Каждое вещество состоит из крошечных частиц называется атомами. Атомы состоят из протонов, электронов и нейтронов. Привлечение между протонами и электронами удерживает частицы вместе. Электрический заряд может быть либо положительным или отрицательным.Положительный электрический заряд называется протоном. Отрицательный электрический заряд — электрон. У нейтрона нет заряда. Отрицательные заряды могут свободно перемещаться из один объект к другому. Протоны и нейтроны никогда не переходят от объекта к объекту. В энергия, исходящая от этих заряженных частиц, называется электрической энергией.

Когда отрицательные заряды движутся к нейтральному объекту, электрический заряд накапливается. на обоих объектах. Первый объект имеет общий положительный заряд, а второй — общий отрицательный заряд.Когда объект получает электроны, он имеет избыток электронов и считается, что имеет отрицательный заряд. Когда объект теряет электроны, ему не хватает электронов, он имеет нехватку электронов и, как говорят, имеет положительный заряд. Наращивание электрических зарядов называется статическим электричеством.

Если объект заряжен статическим электричеством, на нем накапливаются электрические заряды. поверхность. Если объекты накапливаются из одинаковых зарядов, они отталкиваются.Если у объектов есть сборка Имея разнородные заряды, они будут притягиваться или притягиваться друг к другу. Сборы, которые накапливаются таким образом не оставайтесь на заряженном объекте. Рано или поздно обвинения снимутся. Когда статические заряды движутся от объекта, происходит электрический разряд.

Концепции, рассматриваемые на уроке:

Статическое электричество — это накопление электрических зарядов на объекте.

Как заряды отталкивают.

В отличие от обвинений привлекают.

Объекты имеют положительные и отрицательные частицы.

Электрон заряжен отрицательно.

Протон заряжен положительно.

Нейтрон не имеет заряда.

Положительно заряженный объект имеет больше протонов, чем электронов.

У отрицательно заряженного объекта больше электронов, чем протонов.

У нейтрального объекта такое же количество протонов, как и электронов.

Электроны или отрицательные заряды могут свободно перемещаться от объекта к объекту.

Материалы и оборудование: воздушных шаров (достаточно для каждой группы детей, чтобы иметь 2), веревка, шерстяная ткань, полиэтиленовая пленка, таблица данных, классная доска, мел

Процедуры:

Введение. Спросите студентов: «Вы когда-нибудь втирали воздушный шарик в волосы? Что? случилось? »Надеюсь, они ответят, что встал.Спросите: «Вы знаете, что заставляет его встать? Что ж, сегодня мы узнаем о статическом электричестве ».

1. Попросите учащихся поработать с партнером. И раздайте каждой группе все материалы (2 воздушные шары, 2 нити, шерстяная ткань, кусок полиэтиленовой пленки и дайте каждому ребенку данные Диаграмма). Возможно, вы захотите, чтобы они уже отключились, чтобы сэкономить время.

2. Дайте инструкцию. Скажите детям, что они будут следовать таблице данных (это подскажите, чем натирать воздушные шары).Скажите им, чтобы они держали воздушные шары около 10 в дюймах друг от друга, чтобы увидеть, как они реагируют друг на друга после того, как их натерли либо шерстяная, либо полиэтиленовая пленка.

3. Пусть студенты приступят к исследованию. Постарайтесь не давать им слишком много указаний, пусть диаграмма данных будет их руководством. Пусть они откроют для себя столько, сколько могут. Обязательно попросите их записать свои наблюдения на диаграмме данных. Позволять их около 20-25 минут на изучение.

4. Теперь отведите учеников от их столов к кругу на полу, чтобы коллоквиум. Это не позволит им отвлекаться на материалы. Пусть студенты расскажу, что они обнаружили. Обратите внимание на их открытия на доске. После они закончили рассказывать вам о том, что они обнаружили, спросите их, могут ли они прийти выводы о статическом электричестве.

5. При необходимости введите термины. Сделайте творческую драму, чтобы объяснить, как воздушные шары с одинаковые и непохожие заряды реагируют друг на друга.Пусть дети будут воздушными шарами. Иметь они либо отталкивают, либо притягивают. Также вы можете продемонстрировать, как отрицательные электроны могут свободно перетекают от объекта к объекту и создают положительный или отрицательный заряд в объект. Пусть мальчики будут электронами, а девочки — протонами. Придут 4 мальчика и 4 девочки и повесьте по две штуки на листе плаката (каждый плакат представляет собой объект). Затем спросите, что могут сделать электроны, чтобы сделать один из объектов положительным. Потом отрицательный.

6. Теперь завершите коллоквиум, задав вопросы для оценки студентов. понимание концепций. Также проведите еще одну демонстрацию, чтобы увидеть, могут ли они сказать вы почему и событие произошло. (См. Оценку).

Оценка: Чтобы оценить студентов, я спрошу их на коллоквиуме, чтобы узнать, понять основные концепции статического электричества. Я смогу оценить их понимание по их ответам.Также я собираюсь провести демонстрацию с помощью воздушного шара. натереть шерстью и крошечными кусочками бумаги. Если они понимают концепции, они должны быть в состоянии сказать мне, как воздушный шар и листы бумаги будут реагировать друг на друга. Они также должен быть в состоянии сказать, почему воздушный шар притягивает клочки бумаги. Листы наблюдений что студенты, заполненные во время расследования, также будут использоваться как способ оценка. Я также буду оценивать через наблюдение.

Полезные интернет-ресурсы:

Технологические навыки:

Прогноз

Интерпретировать данные

Вывод

Наблюдение

Общение

Критика:

Сегодня я провел урок статического электричества.Я чувствовал, что все прошло довольно гладко. я в дополнительном классе, а мой учитель не преподает естественные науки или математику, поэтому понятия не имел, что уровень, на котором они были, и чего я мог от них ожидать. Если честно, мне было страшно смерть. Мне казалось, что я их не знаю, и они меня тоже не знали. Это реально напугал меня контролировать класс и даже не знать имен детей. Это был Первый урок я провел в двух классах. Я провел урок в трех классах.Посредством В третий раз, когда я проводил урок, я чувствовал себя довольно уверенно и решил все нюансы, так что урок прошел более гладко. Моя главная цель на уроке заключалась в том, чтобы студенты веселье, получая понимание статического электричества. Я думаю, что по большей части эти цели были достигнуты. Студенты определенно повеселились, и я думаю, что большинство студенты поняли понятие статического электричества. Некоторые были немного сбиты с толку.

Я мало рассказывал студентам о статическом электричестве до того, как они начали изучение.Я хотел, чтобы они открыли для себя как можно больше. я был неуверенный в том, сколько я должен рассказывать детям о статическом электричестве, прежде чем я начну урок. Единственное, что я в итоге представил, — это задать детям несколько вопросов. о статическом электричестве. (Например. Вы когда-нибудь расчесывали волосы расческой и он встал дыбом? Чем это вызвано?) Я бы так и представил урок опять таки. Я не давал им много инструкций, так как хотел, чтобы они открыли для себя самих себя.Я намеревался использовать лист наблюдений в качестве их руководства. У них действительно было не знаю, что делать. Некоторые не провели свое расследование правильно, и поэтому не получали правильных наблюдений. В следующий раз я бы поступил иначе. Давая более подробные инструкции не помешали бы им обнаружить сами концепции. Если бы мне пришлось повторить этот урок еще раз, я бы немного направил их через расследование, но позвольте им делать наблюдения и записывать их самостоятельно.Классы расширения сгруппированы по способностям. Первым классом, которому я преподала урок, был самый низкий уровень способностей. Им нужно было много наставлений. Группа верхнего уровня сделала очень хорошо с небольшими указаниями, которые им дали.

Сам эксперимент прошел неплохо. У меня уже были все материалы вместе и разложил по столам. В первый раз, когда я проводил урок, я заставлял детей взорвать свои воздушные шары и привяжите к ним шнурок.Многие дети нуждались в помощи и Мне потребовалось время, чтобы помочь им всем. Пока я помогал одним детям, другие продвигаются вперед и проводят свое расследование. Это заставило всех закончить по-разному раз. Когда они закончили, они поиграли со своими воздушными шарами и стали довольно громкими. Вещи вышли из-под контроля. В следующий раз я бы уже взорвал воздушные шары и связать, и хранить их в мешке для мусора, чтобы их можно было быстро потерять.Тогда все смогут вместе начать расследование. Студентам очень понравилось тестирование материалов. Они записали свои наблюдения в лист данных, который был подробный и полный. Уровень шума во время расследования был довольно высоким. Этот сначала добрались до меня, потому что вы не думаете о классе как о шумном месте. Но потом Я понял, что они просто обсуждают свои наблюдения. Когда они закончили В ходе расследования я попросил их положить воздушные шары на стол и терпеливо ждать.Это вообще не сработало. В итоге мне пришлось просто взять их воздушные шары и разместить их в задней части комнаты. Когда дети закончили, я попросил их сесть на пол в кружке для коллоквиума.

Коллоквиум прошел намного лучше, чем я ожидал. Я попросил группу делятся своими открытиями. Я их никак не подсказывал. У них было много вещей, чтобы поделитесь, так что у нас была действительно хорошая дискуссия. В одном классе один очень умный мальчик обнаружил много или он много знал об электричестве.Он взял на себя большую часть коллоквиума. Я должен дали возможность другим детям поделиться своими открытиями. Я был просто таким шокирован тем, что он говорил, думаю, я просто хотел увидеть все, что он знал. Они обнаружил то, что я не собирался для них открывать. Один ребенок сказал: «Это (воздушный шар)» прилипает к моей рубашке «. На коллоквиуме я хотел, чтобы они могли высказаться, когда они хотели поделиться, но все пытались поговорить одновременно. Так что в итоге я заставил их поднять их руки.В следующий раз я обязательно начну коллоквиум с того, что расскажу детям как будет работать коллоквиум, и привести примеры. Нужно было немного больше структурирован, чтобы предотвратить хаос.

На первом уроке я не занимался творческой драмой. Дети немного запутались о том, как отрицательные заряды могут свободно течь от объекта к объекту и заставлять объект становятся положительно или отрицательно заряженными. В творческой драме наверняка бы прояснил их замешательство.На следующем уроке я попросил их разыграть творческую драму. Сначала я пусть студенты сами решат, что им делать. Они были еще немного запутались, поэтому я им помогал. После драмы они так хорошо поняли концепции. я Остался очень доволен результатами и результативностью творческой драмы.

В целом, самой большой проблемой, с которой я столкнулся во время этого урока, был класс. управление. Мне нужно было найти способ, который узнают дети, чтобы привлечь их внимание.Поскольку в комнате было довольно шумно, мне пришлось крикнуть, чтобы привлечь их внимание. Мой голос мягкий и я были проблемы с привлечением их внимания. И как я уже сказал ранее, у меня будут все материалы готовы, чтобы дети могли вместе начать свои исследования и, надеюсь, закончить примерно в то же время. Это предотвратило бы много хаоса.

К концу урока я почувствовал, что студенты достаточно хорошо изучили понимание статического электричества.Я провел с ними групповое занятие, чтобы прояснить любые недопонимания и оценить их. Они объяснили мне, что, по их мнению, было происходит и почему. При необходимости я мог их исправить. Я думал, что это было очень эффективное завершение урока. Я обязательно проведу этот урок таким же образом снова с небольшими изменениями. Студентам было очень весело проводить этот урок. После того как мы Когда закончили, они спросили меня, можем ли мы провести еще эксперименты.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *