Електризація тіл - малюнок

Електризація тіл — умови, способи, області застосування



У звичайних умовах більшість предметів електронейтральні. Але іноді на їх поверхні або в об’ємі може накопичитися електричний заряд — позитивний або негативний.

Це явище називають електризацією тіл.

Електризація тіл вивчається в електростатиці – розділі фізики, який розглядає нерухомі електричні заряди.

Історія розвитку електростатики

Електризація у фізиці

Електризація – процес поділу зарядів, при якому електрично нейтральні тіла стають зарядженими. Її можна описати за допомогою таких законів фізики, як:

  • закон Кулона;
  • закон збереження заряду.

Закони Кулона і збереження заряду

Закон Кулона описує, як заряди діють один на одного. Сила їх взаємодії (тяжіння або відштовхування) прямо пропорційна добутку їх величин і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.

Протилежні заряди притягуються, однакові — відштовхуються.

Закон збереження стверджує, що алгебраїчна сума зарядів зберігається. Якщо, як у визначенні явища, на одному предметі виник позитивний заряд, на іншому повинен з’явитися такий же за величиною, тільки негативний.

Електричний заряд не може існувати без носія. Значить, на тілах накопичуються носії — електрони. Тіло з їх надлишком заряджається негативно, а з недоліком — позитивно.

Назви “негативний” і “позитивний” для зарядів умовні, важливо те, що вони бувають двох різних типів.

Електризація тіл

Властивості статичної електрики

Наелектризуватися можуть не тільки тверді тіла, але і рідини і гази. У них відбувається перерозподіл іонів. Електризуються речовини різних класів:

  • діелектрики;
  • напівпровідники;
  • ізольовані провідники.

При поділі наелектризованих предметів заряд на них зберігається. Чим більше будуть віддалені тіла один від одного, тим більше буде різниця потенціалів на них.

При зіткненні з нейтральними або, по-іншому, зарядженими тілами, заряд може релаксувати – перетекти на інше тіло, тому людину в синтетичному одязі може «вдарити струмом», якщо вона доторкнеться до металевої батареї або холодильника. Також може статися електричний розряд через повітря від зарядженого тіла до незарядженого, розташованого на деякій відстані.

Як наелектризувати предмет

Створити статичну електрику на поверхні тіла можна різними способами:

Як наелектризувати предмет

  • взаємодією з зарядженим предметом,
  • тертям,
  • при різкому перепаді температури,
  • впливом іонізуючого випромінювання.

При зіткненні електрично незарядженого тіла з зарядженим предмет електризується з тим же знаком.

При терті предметів з різних видів матеріалів на їх поверхнях виникають різнойменні електричні заряди. Причина явища – відмінність сил, з якими взаємодіють атоми або молекули. Коротко можна сказати, що речовина, в якій атоми або молекули пов’язані один з одним сильніше, притягує до себе електрони з іншої речовини, де частинки взаємодіють з меншою силою.

Взаємодія наелектризованих тіл

Приклади явища електризації

Саме явище електризації було відкрито ще в Стародавній Греції, коли люди помітили, що при натиранні бурштину шерстю він починає притягувати пил, нитки, ворс. Ця речовина по-грецьки називається “електрон”, звідси і отримали назву всі пов’язані з електрикою явища.

Позитивно електризується скло при терті об шовк, негативно — ебоніт при терті об шерсть. Всі знають приклади електризації в побуті, наприклад, позитивно заряджаються волосся, коли воно розчісується пластиковим гребінцем, а сам гребінець електризується негативно.

Заряджаються позитивно скло, папір, шерсть, негативно — гума, силікон, пластик.

Статична електрика найдовше зберігається на предметах, якщо повітря сухе. Вологе повітря проводить електрику, тому предмети швидко перестають бути наелектризованими. У присутності кімнатних рослин, киплячого чайника, які підвищують вологість, статика на одязі і волоссі з’являється рідше.

Один з відомих приклад електризації – блискавка. Це електричний розряд, що проскакує між різнойменно зарядженими хмарами або між хмарою і землею. Заряджені грозові хмари можуть викликати електризацію різних предметів на землі через перерозподіл зарядів на них.

Роди зарядів

Показові досліди

Показати взаємодію однаково або протилежно заряджених тіл можна за допомогою звичайного скотча. Для цього необхідно дві смужки клейкої стрічки по 12,5 см.

Щоб продемонструвати відштовхування, смужки приклеюють до столу так, щоб шматочок довжиною 2,5 см залишився вільним. Ці звисаючі кінці закріплюють на двох олівцях. Якщо різко відірвати скотч від столу, не торкаючись його руками, смужки наелектризуються однаково. Тепер їх потрібно розвести на деяку відстань і поступово зближувати. На певній відстані буде помітно відштовхування смужок.

Щоб продемонструвати тяжіння різнойменно заряджених тіл, одну смужку скотча електризують, як в попередньому досліді, а потім кладуть на стіл липкою стороною вгору. Іншу смужку, попередньо закріплену на олівці, кладуть на першу, а потім відривають. Тоді смужки будуть заряджені протилежно. Як і в попередньому досліді, на певній відстані можна помітити притягання смужок.

Провідники, непровідники, напівпровідники

Небезпека процесу

Заряд на наелектризованому предметі може бути досить великим, тому напруга може досягати десятків кіловольт, але через дуже маленьке значення сили струму воно для людини безпечне.

Однак такі невеликі розряди можуть мати негативний вплив на точну електроніку, наприклад, мікропроцесори, тому при роботі з електронними компонентами: при їх виробництві, ремонті або використанні особливу увагу приділяють запобіганню електронізації.

При деяких умовах релаксація великого накопиченого заряду може привести до загоряння.

Літаки електризуються в польоті, тому може статися розряд, коли підводять трап. Щоб уникнути цього, з літака знімають статичну електрику, відводячи її в землю. З цієї ж причини на бензовози завжди прикріплюють ланцюжок, що стикається з землею. Так запобігають загорянню палива.

Статична електрика використовується людиною

Практичне застосування електризації

Накопичення статичної електрики на предметах може бути небезпечно, але у цього явища є і позитивні сторони. Електризація тіл застосовується на практиці в різних областях:

  • Електростатичні фільтри для очищення повітря від забруднень.
  • Електростатичне забарвлення поверхонь, наприклад, автомобілів. Частинки наелектризованої фарби притягуються до поверхні, що фарбується. В результаті витрачається менше фарби.
  • Виробництво штучного хутра. Готовий ворс пропускають крізь сітку, він заряджається і падає перпендикулярно покритій клеєм основі.
  • Копчення харчових продуктів за допомогою електростатики.
  • Також це явище використовується для сортування, фільтрації, очищення. Електростатика використовується і в медицині.

Електризація пов’язана з виникненням надлишку або нестачі електронів на поверхні або всередині предметів. Створити їх можна різними способами, наприклад, тертям або дотиком до зарядженого предмета. Електризація має практичне застосування, але в деяких випадках може бути небезпечною.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *