Har du någonsin haft en ovanlig upplevelse när du tog av dig mössan och allt ditt hår stod rakt ut? Ibland blir det dessutom ett sprakande ljud. Eller vad sägs om den gången du ska gosa med ditt mjuka husdjur och istället får en elektrisk stöt från ingenstans? Det finns inga direkt inkopplade kablar och ändå upplever du en elektrisk stöt. Detta fenomen kan verka som magi, men vi hänvisar till det som statisk elektricitet.
Vad är statisk elektricitet?
Statisk betyder att man inte rör sig. Statisk elektricitet är en elektrisk statisk laddning, en statisk laddning som inte rör sig.
Allt material är uppbyggt av atomer. En atom är den minsta partikeln i ett material som fortfarande innehåller materialets egenskaper. Varje atom består av en positivt laddad kärna runt vilken en eller flera negativa elektroner rör sig.
I viloläge är kärnans positiva laddning lika med summan av den negativa laddningen för elektronerna som rör sig runt samma kärna (typ av kärna). Därför är laddningen neutral. Om kärnan förlorar eller får elektroner uppstår en obalans och detta är svaret på frågan: Vad orsakar statisk elektricitet?
En atom som har förlorat en eller flera elektroner har en positiv laddning. En atom som har fått en eller flera elektroner har en negativ laddning och kallas en jon. Det finns bara två typer av laddning: positiv och negativ. Atomer med samma typ av laddning stöter bort varandra, medan de med motsatt typ av laddning attraherar varandra. Skillnaden mellan delar som har laddats mäts i kV(kiloVolt) kallas statisk elektricitet. Det är också vad som menas med statisk elektricitet.
Statisk el definition
Statisk elektricitet är resultatet av en obalans mellan negativa och positiva laddningar i ett objekt. Statisk elektricitet mäts i kiloVolt(kV). Dessa elektriska laddningar kan byggas upp på ytan av ett föremål tills de hittar ett sätt att ladda ur den statiska energin. Detta kan göras till exempel med hjälp av Static Eliminators.
Nivån på statisk el
Nivån av statisk laddning, mätt i statisk spänning, är högre under vintermånaderna på grund av låg luftfuktighet. När den relativa luftfuktigheten är hög kan vissa material absorbera fukt, vilket gör att ytan kan bli halvledande och släppa en del av laddningen.
Den statiska laddningen kommer då att förbli låg eller till och med försvinna helt som ett resultat av den (halv)ledande ytan. Ett antal material anges i den triboelektriska serien.
Som ett resultat av friktion kommer dessa material att anta en positiv eller negativ laddning beroende på var du kan hitta dem i den triboelektriska skalan. Storleken och polariteten för den statiska elektriciteten eller den statiska laddningen beror på positionen i serien.
Ledande och icke-ledande material (Isolatorer)
Material kan delas in i två grundläggande grupper: ledare och isolatorer. I en ledare kan elektronerna röra sig fritt. I princip kan en ledare som är anordnad på ett isolerat sätt (ej ansluten till jord) ta en statisk laddning. Denna laddning kan enkelt elimineras genom att ansluta ledaren till jord.
Icke-ledande material kan behålla statisk laddning under lång tid, även ha motsatta polariteter på olika ställen på samma yta och precis bredvid varandra. Elektronerna kan inte röra sig fritt (därav statiska). Detta förklarar varför material attraheras (statisk vidhäftning) i vissa zoner och stöts bort i andra. Denna kraft att avvisa och/eller attrahera kan också användas till fördel i olika processer där en etikett limmas med hjälp av statisk elektricitet på en form. Att ansluta dessa isolatorer till jord fungerar inte eftersom materialet har icke-ledande egenskaper. Endast aktiv jonisering med hjälp av statiska eliminatorer erbjuder en lösning på detta.
Styrning av statisk el
I produktionsprocesser kan statisk elektricitet ofta vara en allvarlig processstörning eftersom det innebär att material fastnar på maskindelar eller till varandra. Operatörer gillar inte att få elektriska eller statiska stötar. Dammet i det omgivande området attraheras av den elektriska laddningen. I explosionsfarliga zoner kan statisk laddning orsaka en gnista, som i sin tur kan orsaka brand eller till och med explosion.
Hur kan statisk el kontrolleras?
Hur neutraliserar man statisk elektricitet? Neutralisering eller eliminering av den statiska elektriska energin eller laddningen på icke-ledare utförs med hjälp av aktiv jonisering. Det finns joniseringsutrustning för användning av statisk elektricitet.
Högspänningsgeneratorn skapar en högspänning på punkter på denna utrustning, luftmolekyler delas upp i positiva och negativa joner. Den statiska laddningen på produkten drar till sig joner med motsatt polaritet, vilket neutraliserar materialet.
Ett val av rätt typ av utrustning beror på många faktorer men mest på avståndet till materialet som behöver neutraliseras. Men statisk elektricitet kan också vara användbart. Med hjälp av högspänning kan material ges en statisk laddning så att de tillfälligt fastnar vid varandra (statisk klamring) och på så sätt förenkla produktionsprocesserna.
Egenskaper hos statisk elektricitet
Statisk elektricitet produceras på grund av obalansen i den positiva och negativa laddningen av ett objekt.
Vi kan se det på både ledare och isolatorer. Det perfekta exemplet är blixten eller till och med fastsättning av håret på hattens ull.
Fukt förhindrar överföring av elektroner vilket är anledningen till att detta fenomen är vanligare under torrperioden.
Det finns ingen produktion av fortsatt elektrisk ström i statisk elektricitet. Laddningar som produceras under detta fenomen håller ihop i ett statiskt eller konstant tillstånd genom kraftfältet som förhindrar rörelsen av den energi som urladdas.
Rollen för den triboelektriska effekten i statisk elektricitet
Fenomenet där utbyte av elektroner mellan föremål orsakar produktion av statisk elektricitet. Därför hänvisar vi till det som den triboelektriska effekten.
Den positivt laddade kärnan i en atom är omgiven av elektroner. I ett stabilt tillstånd förblir de neutrala i ledningen. Men när ett annat föremål kommer i kontakt med det skapar partikelutbytet alltså en skillnad i balansen.
Vidare, medan ett objekt är i ett positivt laddat tillstånd, blir det andra negativt laddat. Dessutom skapar den ständiga gnidningen av dessa två föremål en uppbyggnad av egenproducerad elektrisk ström, bättre känd som triboelektriskt fenomen.
Varje material har en bestämd mängd laddningar baserat på elektronen, protonen och neutronerna det består av. Utbytet av laddade elektroner i det triboelektriska fenomenet förblir dock detsamma för alla slags objekt. Det är härifrån vi får termen Triboelectric Series.
Slutsats
Vi vet att atom är den primära beståndsdelen i alla föremål. Atomer är sammansatta av elektroner som är negativt laddade, protoner som är positivt laddade och neutroner som fungerar som neutrala. Därför kan vi säga att varje föremål har en inbyggd laddning som är både positiv och negativ. Dessutom, när positiva och negativa laddningar är oproportionerliga, urladdas strömmen från objektet. Därför skapar det statisk elektricitet.
Obalansen mellan de positiva och negativa laddningarna i ett objekt orsakar urladdningen av elektrisk puls som kallas statisk elektricitet
En av de första förklaringarna till fenomenet statisk elektricitet förklarades av Micheal Faraday 1832. Han förklarade hur generatorer och batterier fungerar med hjälp av obalansen av positiva och negativa laddningar i objektet. Detta var anledningen till att han införde tillsatsen av grafitpulver i ammunition. På så sätt förhindrar skador på kretsarna för de använda halvledarna.
Dessutom, när två föremål som ull och vax är i kontakt med varandra, släpper en ut elektronerna. Detta resulterar i positiv laddning av objektet medan den andra tar emot elektronerna för att skapa en negativ energiuppbyggnad. Detta producerar statisk elektricitet som gör att ullen fastnar på vaxet. Vi observerar också detta liknande fenomen när vi gnuggar glasvaror med en bit sidentyg.
Eftersom elektroner är mycket löst placerade i ett föremål kan de bytas ut mycket enkelt. En lätt beröring eller gnidning är tillräckligt för att överföra de negativt laddade partiklarna och därmed orsaka en elektrisk strömurladdning.
