Elektryfikacja ciał: definicja, warunki występowania, zastosowanie

Czy zauważyłeś, że kiedy zdejmujesz sweter lub T-shirt, słychać iskry i trzaski? A kiedy wyjdziesz z samochodu i dostaniesz porażenia prądem? To jest elektryczność statyczna lub elektryfikacja ciał. Powstaje w wyniku akumulacji ładunków elektrycznych różnych znaków na obiektach z ich późniejszą kompensacją. W niniejszym artykule pokrótce przyjrzymy się temu zjawisku, przyczynom jego występowania, a także sposobom zastosowania zarówno w życiu codziennym, jak i w przemyśle.

Definicja

Elektryfikacja to proces oddzielania ładunków elektrycznych i ich akumulacji w określonych miejscach przedmiotów i ciał. Zjawisko to powstaje w wyniku tarcia, kontaktu ciał lub w wyniku indukcji elektrostatycznej. W prostych słowach, gdy w pobliżu znajduje się obiekt z polem elektrycznym.

Przypomnienie sobie czegoś: w fizyce rozróżnia się dwa rodzaje ładunków - dodatni i ujemny lub protony i elektrony. Między nimi powstaje

pole elektryczne. Podobnie jak ładunki przyciągają, a w przeciwieństwie do ładunków odpychają.

Zjawisko obserwuje się na zasilaczach i nie tylko. Ładunki gromadzą się na dielektrykach, wszyscy widzieli to w eksperymentach ilustrujących zjawisko z prętami hebanowymi i szklanymi, które demonstrowano na lekcjach fizyki w szkole.

Początkowo wszystkie atomy, z których składa się wszystko, co nas otacza, są elektrycznie obojętne. W wyniku zjawiska elektryzowania na powierzchni obiektów pojawiają się ładunki dodatnie lub ujemne. Przypomnijmy szkolne doświadczenie: jeśli ebonitowy patyk potrze się wełnianą szmatką, po ustaniu tarcia patyk pozostanie naładowany. Wtedy mówi się, że ciało jest naelektryzowane.

Tak więc podczas tarcia elektrony były przenoszone z jednego obiektu na drugi. W rezultacie po zakończeniu tarcia nadmiar elektronów pozostał „nie na swoich” ciałach i uzyskano nadmiar ładunku, który przestał być obojętny. W wyniku tarcia kija o wełnę lub futro na jego powierzchni powstaje ładunek ujemny.

Uwarunkowania występowania zjawiska i metody przenoszenia ładunku

Opowiedzieliśmy, jak to zjawisko tłumaczy się w przyrodzie, a teraz spójrzmy, jak można naelektryzować ciała. Od razu zauważamy, że spełnienie wszystkich warunków jest opcjonalne - elektryfikacja może nastąpić z tego czy innego powodu, dzielimy je na dwie główne grupy:

Pierwsza to interakcja mechaniczna. Podczas tarcia odległość między obiektami jest porównywalna z odległością między znajdującymi się w nim cząsteczkami. Ponieważ elektrony w jednym z ciał są słabiej związane z jądrem, są przenoszone do drugiego ciała. Innymi metodami elektryfikacji są uderzenia i kontakt.

Druga grupa to elektryfikacja przez oddziaływanie, czyli zjawisko obserwuje się, gdy na ciało działają siły zewnętrzne, w tym:

• Pole elektryczne. W wyniku działania pola na przewodnik, na jego powierzchni pojawiają się ładunki, a im mniejszy promień gięcia powierzchni, tym więcej ładunków będzie się tu gromadzić. Więc na końcówce będzie najwięcej zarzutów, omówiliśmy ten problem bardziej szczegółowo w artykule https://samelectrik.ru/kak-raspredelyayutsya-zaryady-v-provodnike-pri-protekanii-toka.html i tu https://samelectrik.ru/chto-takoe-provodniki-poluprovodniki-i-dielektriki.html

• Ekspozycja na światło. Odkryta przez profesora A.G. Stoletov w 1888 roku, gdy wystawiony na działanie światła na cynk, aluminium, cez, sód, ołów, potas i inne metale tracą elektrony i stają się naładowane pozytywnie.
• Ciepło. Gdy metal jest podgrzewany, elektrony otrzymują wystarczającą ilość energii, aby opuścić metal, w wyniku czego uzyskuje on ładunek dodatni.
• Reakcja chemiczna. W obecności dwóch elektrod wykonanych z różnych metali zachodzą reakcje redoks, w wyniku których jedna z nich zostaje naładowana dodatnio, a druga ujemnie. Rozważyliśmy to bardziej szczegółowo w artykule na temat anoda i katoda.
• Pod presją. W piezoelektrykach (kwarc, sól Rochelle, fosforan amonu) pod wpływem działania mechanicznego (ściskanie lub rozciąganie) na powierzchniach powstają ładunki dodatnie i ujemne.

To są główne rodzaje elektryfikacji.

Jakie prawa fizyki są związane z elektryfikacją

Zjawisko elektryfikacji związane jest z takimi prawami fizycznymi jak:

• prawo Coulomba. Opisuje siłę, z jaką oddziałują ładunki. W ten sposób możesz określić, jak silnie naelektryzowane ciała przyciągają się do siebie.
• Prawo zachowania opłat. Mówi, że suma algebraiczna ładunków w układzie zamkniętym pozostaje niezmieniona. Sugeruje to, że nadmiarowe ładunki na naelektryzowanych przedmiotach nie pojawiają się znikąd, ale przechodzą z ciała do ciała.

Rozważaliśmy już te przepisy, możesz dowiedzieć się więcej w odpowiednich artykułach, do których się odnosiliśmy.

Zastosowanie w praktyce

Zjawisko elektryfikacji ma zarówno pozytywne, jak i negatywne przejawy. Przykłady pozytywnych zastosowań:

1. Zastosowanie elektrostatycznych filtrów przeciwpyłowych do oczyszczania powietrza w systemach wentylacyjnych w pracy iw domu. Jest to szczególnie ważne, gdy podczas procesu produkcyjnego powstaje dużo pyłu.
2. Malowanie samochodów i innych wyrobów metalowych. Przy pomocy opryskiwaczy elektrostatycznych możliwe jest ujemne naładowanie lakieru, karoseria jest uziemiona. W rezultacie cząsteczki lakieru są przyciągane do części karoserii. Poprawia się jakość lakieru i zmniejsza się zużycie lakieru.
3. Wędzenie elektrostatyczne mięsa i ryb może znacznie przyspieszyć proces wędzenia.
4. Tworzenie sztucznych futer lub dekoracyjnych wełnistych powłok. Drobne runo przepuszczane jest przez siatkę, dzięki oddziaływaniu z polem elektrycznym runo opada równą warstwą prostopadle do powlekanej powierzchni, uprzednio pokrytej klejem.

Istnieje również wiele zastosowań do czyszczenia, sortowania, filtrowania oraz w medycynie do przyspieszania gojenia.

Negatywny wpływ elektryfikacji może prowadzić do fatalnych konsekwencji:

1. Występowanie iskier podczas kontaktu naładowanych obiektów. Takie przypadki to iskry w życiu codziennym, które ślizgają się podczas zdejmowania swetra, gdy doznajesz porażenia prądem, gdy wysiadasz z samochodu. Na przykład samolot jest naelektryzowany w locie, a po podniesieniu do niego drabiny mogą prześlizgnąć się iskry, dzięki czemu możliwy jest zapłon, dlatego najpierw ładunek jest usuwany z samolotu. Znane są również przypadki zapłonu tankowców w wyniku elektryfikacji.
2. Zjawisko prowadzi do pojawienia się dużych ładunków elektrycznych, które mogą prowadzić do awarii elementy elektroniczne w technologii, zarówno w produkcji technologii, jak iw procesie eksploatacji lub naprawic. Wynika to z wyładowania narzędzia na płytkę drukowaną. Dlatego technicy zajmujący się naprawami elektroniki powinni pracować z uziemionymi opaskami elektrycznymi, uziemionymi lutownicami i tym podobnymi. Nowoczesna baza elementów zawiera szereg rozwiązań technicznych minimalizujących wpływ elektryfikacji na ich działanie. Na przykład instalacja diod Zenera równolegle z obwodem tranzystorów polowych SHUTTER-SOURCE.

Interesujący! Znany jest przypadek, kiedy podczas lakierowania płytek drukowanych po zamontowaniu elementów elektronicznych zaobserwowano duże odrzucenie, mimo że wszystkie produkty były testowane przed lakierowaniem. Powstało pytanie: jak pozbyć się problemu z elektryfikacją? Problem został rozwiązany przez uziemienie pistoletu natryskowego.

Aby skonsolidować materiał, zalecamy również obejrzenie przydatnych filmów na ten temat:

Wyjaśniliśmy pokrótce zjawisko elektryfikacji ciał i opowiedzieliśmy, w jakich warunkach zachodzą procesy pojawiania się ładunków na obiektach. Elektryfikacja jest ważna w produkcji i znalazła wiele przydatnych zastosowań. Niestety, jeśli nie zapewnisz sposobów rozwiązania negatywnych przejawów, aby zapobiec niepotrzebnym iskierkom w miejscach prawdopodobnych wybuchów, doprowadzi to do poważnych problemów.

Powiązane materiały:

• Co to jest elektryczność statyczna
• Elektryczne urządzenia ochronne w instalacjach elektrycznych do 1000V
• Jak chronić się przed promieniowaniem elektromagnetycznym