Co je elektrifikace prostřednictvím vlivu?

K elektrifikaci dochází v důsledku přenosu nebo redistribuce elektrického náboje mezi předměty nebo materiály. Tento proces může být způsoben různými faktory a závisí na vlastnostech materiálů, jejich interakcích a podmínkách prostředí. Více informací o tomto jevu z fyzikálního hlediska naleznete zde: Co je to elektrifikace těles a jak dochází k interakci nábojů?

Zde jsou některé faktory, které ovlivňují proces elektrifikace:

• Tření mezi dvěma materiály je jednou z hlavních příčin elektrifikace. Tření přenáší elektrony z jednoho materiálu na druhý. Materiál, který získá elektrony, se nabije záporně (získá přebytek elektronů), zatímco materiál, který elektrony ztratí, se nabije kladně (nedostatek elektronů). To vede ke vzniku elektrostatického náboje na povrchu materiálů.
• Když se nabitý předmět dostane do kontaktu s nenabitým předmětem, může se mezi nimi přerozdělit náboj. K tomu může dojít ionizací vzduchu v prostředí nebo přímým kontaktem nabitých povrchů. V důsledku toho může jeden předmět získat nebo ztratit náboj, což způsobí elektrifikaci.
• Ionizace látky může vést k její elektrifikaci. Ionizace nastává, když atomy nebo molekuly látky ztrácejí nebo získávají elektrony a tvoří kladně nebo záporně nabité ionty. To může být způsobeno vystavením elektrickému poli, záření nebo jiným vnějším faktorům.
• Okolní vlhkost a teplota mohou ovlivnit proces elektrifikace. Vysoká vlhkost může podpořit vodivost vzduchu a snížit elektrifikaci, zatímco nízká vlhkost může zvýšit pravděpodobnost elektrifikace. Teplota může také ovlivnit elektrifikaci, protože může ovlivnit elektrické vlastnosti materiálů.

Jak souvisí elektrifikace se vznikem a výbojem statické elektřiny?

Elektrifikace úzce souvisí se vznikem a výbojem statické elektřiny.

Elektrifikace je způsobena pohybem elektronů nebo nabitých částic v materiálu. Když se dva různé materiály třou o sebe, elektrony se přenášejí z jednoho materiálu na druhý. To má za následek akumulaci kladného nebo záporného náboje na povrchu každého materiálu.

Statická elektřina vzniká při elektrifikaci, ke které dochází, když jsou elektrické náboje přenášeny nebo přesunuty mezi materiály. Když se dva materiály dotknou a oddělí, může dojít k přenosu elektronů nebo iontů, což způsobí nahromadění náboje na povrchu materiálů.

V důsledku elektrifikace může jeden materiál získat kladný náboj a jiný záporný náboj. Mezi materiály tak vzniká potenciálový rozdíl, který vede ke vzniku statického elektrického pole.

Statická elektřina má vlastnosti přitahování nebo odpuzování nábojů. Například kladně nabitý předmět může přitahovat záporně nabité předměty a odpuzovat kladně nabité předměty. To vysvětluje jevy, jako je přitahování vlasů k plastovému hřebenu nebo odpuzování dvou stejně nabitých kuliček.

K výboji statické elektřiny dochází, když je uložený náboj na materiálu přenesen do jiného materiálu s nižším potenciálem nebo do okolního prostředí.

To se může stát, když se dva nabité předměty dostanou do kontaktu nebo když se nabitý předmět dotkne uzemněného povrchu. Výboj může být doprovázen jiskrami, elektrickými výboji nebo jinými jevy.

Pochopení procesů elektrifikace a vybíjení statické elektřiny má praktický význam, protože pomáhá předcházet nebo kontrolovat nepříjemné jevy spojené s hromaděním a vybíjením statické elektřiny.

Například použití vodivých materiálů nebo uzemnění může zabránit statické elektřině a souvisejícím problémům, jako je elektrostatický výboj nebo poškození elektroniky.

Jak elektrifikace ovlivňuje živé organismy a životní prostředí?

Elektrifikace může mít dopad na živé organismy a životní prostředí. Zde je několik aspektů, které je třeba zvážit:

• Když se na lidském těle nahromadí statický náboj, může dojít k elektrostatickému výboji, který může způsobit nepohodlí nebo dokonce úraz elektrickým proudem. To se může stát například tehdy, když se oděv nebo boty třou o povrch. Proto je důležité přijmout opatření, aby se zabránilo hromadění statického náboje.
• Statická elektřina může být škodlivá pro elektronická zařízení a citlivé součásti. Výboj statické elektřiny může poškodit elektroniku a způsobit její poruchu. Proto je důležité při práci s elektronikou dodržovat preventivní opatření, jako je používání antistatických podložek a řemínků na zápěstí.
• Nekontrolovaná elektrifikace může mít negativní dopad na životní prostředí. Elektrostatický výboj může například způsobit jiskření, které může být nebezpečné v blízkosti hořlavých materiálů nebo výbušných atmosfér. Navíc elektrifikace může vést k hromadění prachu a škodlivin na površích, což může mít negativní vliv na kvalitu ovzduší.
• Elektrifikace je pozorována i v přírodě a může ovlivnit živé organismy a životní prostředí. Například elektrostatická přitažlivost může hrát roli při opylování rostlin přichycením pylu na hmyz nebo jiné hostitele.

Jak elektrifikace ovlivňuje chování materiálů a jak to lze uplatnit v praxi?

Elektrifikace materiálů může výrazně ovlivnit jejich chování a vlastnosti. Zde je několik způsobů, jak lze elektrifikaci využít pro praktické účely:

• Nabité materiály mohou přitahovat nebo odpuzovat jiné nabité nebo nenabité předměty. Tato vlastnost se využívá v různých zařízeních a přístrojích, například v elektrostatických motorech, elektrostatických filtrech a elektrofotografii.
• Při elektrostatickém potahování materiálu nabitými částicemi dochází k elektrické přitažlivosti mezi nabitými částicemi a povrchem, což umožňuje rovnoměrné rozložení povlaku a dosažení lepší adheze. Tento proces se používá například v průmyslu k potahování kovových dílů barvou nebo práškem.
• Změnu elektrického náboje na povrchu materiálu lze využít k vytvoření elektrostatických senzorů, které reagují na změny prostředí. Tyto senzory jsou široce používány v medicíně, průmyslu a vědeckém výzkumu pro měření tlaku, vlhkosti, teploty a dalších parametrů.
• Elektrostatické síly se používají k účinnému zachycení a odstranění malých částic nebo aerosolů z proudů vzduchu nebo plynů. Takové filtrační systémy se používají v průmyslu, medicíně a laboratořích k čištění vzduchu od škodlivých částic.
• Elektrifikace může být použita k vytvoření elektrické energie v elektrostatických generátorech, jako jsou větrné elektrostatické generátory nebo triboelektrické generátory, které vyrábějí elektřinu třením různých materiálů o sebe.
• Elektrifikace materiálů může být použita k dodání adhezivních vlastností povrchům. Například v procesu elektrostatického nanášení lepidel nebo povlaků na materiály pomáhá elektrifikace zlepšit adhezi a adhezi mezi povrchy.
• Elektrifikace může být použita k separaci a separaci různých materiálů na základě jejich elektrických vlastností. To se používá v průmyslu k třídění a zpracování materiálů, například v separátorech k oddělení plastu od kovu nebo k odstranění nečistot z obilí.

Jaké jsou důsledky nesprávné nebo nekontrolované elektrifikace?

Nesprávná nebo nekontrolovaná elektrifikace může mít různé negativní důsledky. Zde jsou některé z nich:

• Statická elektřina může být destruktivní pro elektronická zařízení a citlivé součásti. Pokud není uložený náboj spravován nebo vybíjen správně, může to způsobit přerušené obvody, poškození polovodičových součástek a další nevratné poruchy elektroniky.
• Akumulace statického náboje v prostředí, zejména v blízkosti hořlavých materiálů nebo výbušných atmosfér, může mít za následek jiskření, které může způsobit požár nebo výbuch. Například v chemickém průmyslu nebo při práci s hořlavými látkami může mít nedodržení bezpečnostních opatření pro elektrifikaci vážné následky.
• Nesprávná elektrifikace může vést ke ztrátě nebo poškození dat, zejména při práci s elektronickými zařízeními, která uchovávají citlivé informace. Záblesk statického výboje nebo nekontrolované vystavení elektroniky může způsobit selhání systému a ztrátu cenných dat.
• Nekontrolovaná elektrifikace může představovat zdravotní riziko pro lidi. Pokud se na těle osoby nahromadí statický náboj a následně se vybije, může způsobit nepohodlí, úraz elektrickým proudem nebo dokonce zranění.
• Nesprávná elektrifikace může mít negativní dopad na životní prostředí. Například nekontrolované elektrické výboje nebo elektrická zařízení mohou způsobit jiskry, které mohou způsobit požár nebo kontaminaci materiálu.

Jaké metody se používají k měření a řízení elektrifikace?

K měření a řízení elektrifikace se používají různé metody a přístroje. Zde jsou některé z nich:

• Elektrostatické voltmetry: Jedná se o přístroje, které měří statické napětí nebo rozdíl potenciálů. Používají se k měření statického náboje na površích nebo předmětech.
• Ionizační komory: Jedná se o přístroje používané k měření ionizace ve vzduchu nebo jiných plynech. Detekují přítomnost ionizace, která může být spojena s elektrifikací.
• Elektrostatické voltmetry s lineárními sondami: Tyto voltmetry se používají k měření statického náboje na vodivých površích nebo materiálech. Umožňují měřit náboj a jeho rozložení na předmětech.
• Měření pole: Elektrostatické senzory nebo elektrometry se používají k měření elektrického pole spojeného s elektrifikací. Umožňují měřit sílu a směr elektrického pole a určit přítomnost elektrifikace.
• Vizuální metody: Některé typy elektrifikace mohou být viditelné nebo viditelné pouhým okem. Například jiskry nebo náboje, které jsou pozorovány, když se materiály třou o sebe, mohou sloužit jako vizuální indikátor elektrifikace.
• Regulace vlhkosti: Vzhledem k tomu, že vlhkost může ovlivnit elektrizování, měření a řízení vlhkosti ve vzduchu může pomoci zabránit nežádoucí elektrifikaci. K tomuto účelu slouží vlhkoměry a další přístroje na měření relativní vlhkosti.

Elektrifikace a statická elektřina:

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Elektrifikace je jev spojený s pohybem elektrických nábojů v pevných látkách, kapalinách nebo plynech, který vede ke vzniku elektrického pole a projevu elektrických vlastností. Během elektrifikace dochází v látce k redistribuci elektronů nebo iontů, což vede k nerovnoměrnému rozložení náboje.

Elektrifikace může nastat z různých důvodů. Například tření mezi dvěma tělesy může způsobit elektrifikaci, kdy elektrony přecházejí z jednoho tělesa do druhého, což způsobuje oddělení náboje a tvorbu elektrického pole. To se může stát například tehdy, když vlnu třeme o plastový předmět a začnou se navzájem přitahovat nebo odpuzovat.

Také elektrifikace může nastat v důsledku vlivu elektrického pole na látku, což může způsobit pohyb nábojů a změnu jejích elektrických vlastností. Tento jev pozorujeme např. při použití elektrostatického generátoru, kde se pomocí tření nebo indukce pohybují náboje a vzniká elektrické pole.

Elektrifikace má mnoho praktických aplikací, od použití elektrostatiky v elektrofotografii a elektrofiltraci až po využití elektrifikace v elektrických generátorech k výrobě elektřiny. Pochopení elektrifikace a jejích účinků hraje důležitou roli v různých oblastech vědy a techniky souvisejících s elektřinou a elektronikou.

Dále podrobně zvážíme zobecněnou představu o tom, co je elektrifikace těles, a také se dotkneme zákona zachování elektrického náboje.

Elektrifikace těles, fenomén elektrifikace

Bez ohledu na princip fungování toho či onoho zdroje elektrické energie v každém z nich dochází k procesu elektrifikace fyzických těles, tj. k oddělení elektrických nábojů přítomných ve zdroji elektrické energie a jejich koncentraci na určitých místech, např. například na elektrodách nebo svorkách zdroje . Výsledkem tohoto procesu je přebytek záporných nábojů (elektronů) na jedné svorce zdroje elektrické energie (katoda) a nedostatek elektronů na druhé svorce (anoda), tj. první z nich je nabitý. se zápornou elektřinou a druhý s kladnou elektřinou.

Po objevení elektronu, elementární částice s minimálním nábojem, se po konečném vysvětlení struktury atomu stala vysvětlitelná i většina fyzikálních jevů souvisejících s elektřinou.

Hmotná hmota, která tvoří těla, se jako celek ukázala jako elektricky neutrální, protože molekuly a atomy, které tvoří těla, jsou za běžných podmínek neutrální a těla nakonec nemají náboj. Ale pokud se takové neutrální těleso otírá o jiné těleso, pak některé elektrony opustí své atomy a přesunou se z jednoho tělesa do druhého. Délka drah, kterou tyto elektrony urazí během takového pohybu, není větší než vzdálenost mezi sousedními atomy.

Pokud se však po tření tělesa oddělí a oddálí, ukáže se, že obě tělesa jsou nabitá. Těleso, na které se elektrony přenesly, se nabije záporně a to, které se těchto elektronů vzdalo, získá kladný náboj a nabije se kladně. To je elektrifikace.

Předpokládejme, že v nějakém fyzickém těle, například ve skle, bylo možné odstranit část jejich elektronů z významného počtu atomů. To znamená, že sklo, které ztratilo některé ze svých elektronů, bude nabito kladnou elektřinou, protože kladné náboje v něm získaly výhodu nad zápornými.

Elektrony odstraněné ze skla nemohou zmizet a musí být někde umístěny. Předpokládejme, že po odstranění elektronů ze skla byly umístěny na kovovou kouli. Pak je zřejmé, že kovová koule, která přijala elektrony navíc, byla nabita zápornou elektřinou, protože záporné náboje v ní převažovaly nad kladnými.

Elektrifikovat fyzické tělo znamená vytvořit v něm nadbytek nebo nedostatek elektronů, tzn. narušit v něm rovnováhu dvou protikladů, totiž kladných a záporných nábojů.

Elektrifikovat dvě fyzická těla současně a společně s různými elektrickými náboji znamená odstranit elektrony z jednoho těla a přenést je do jiného těla.

Vznikl-li někde v přírodě kladný elektrický náboj, pak s ním musí nevyhnutelně vzniknout i záporný náboj stejné absolutní hodnoty, protože přebytek elektronů v jakémkoli fyzickém těle vzniká jejich nedostatkem v nějakém jiném fyzickém těle.

Opačné elektrické náboje se v elektrických jevech objevují jako protiklady, které se vždy doprovázejí, jejichž jednota a interakce tvoří vnitřní obsah elektrických jevů v látkách.

Neutrální tělesa se elektrizují, když dávají nebo přijímají elektrony, v každém případě získávají elektrický náboj a přestávají být neutrální. Zde se elektrické náboje neobjevují z ničeho nic, pouze se oddělují, jelikož elektrony již byly v tělesech a jednoduše změnily své umístění, elektrony se přesunuly z jednoho zelektrizovaného tělesa do druhého zelektrizovaného tělesa.

Znak elektrického náboje vznikajícího při tření těles závisí na povaze těchto těles, na stavu jejich povrchů a na řadě dalších důvodů. Proto nelze vyloučit možnost, že stejné fyzické tělo může být v jednom případě nabito kladnou a v jiném zápornou elektřinou, například kovy při tření o sklo a vlnu negativně elektrizují a při tření o gumu kladně.

Relevantní otázka by byla: proč elektrický náboj neprochází dielektrikem, ale prochází kovy? Jde o to, že v dielektrikách jsou všechny elektrony spojeny s jádry svých atomů, prostě nemají možnost se volně pohybovat po celém objemu těla.

V kovech je ale situace jiná. Vazby elektronů v atomech kovů jsou mnohem slabší než v dielektrikách a některé elektrony snadno opouštějí své atomy a pohybují se volně po celém objemu těla, jedná se o tzv. volné elektrony, které zajišťují přenos náboje ve vodičích.

K oddělení náboje však dochází jak při tření kovových těles, tak při tření dielektrik. Ale v ukázkách se používají dielektrika: ebonit, jantar, sklo. K tomu se přistupuje z prostého důvodu, že jelikož se náboje v dielektriku nepohybují v celém objemu, zůstávají na stejných místech na površích těles, kde vznikly.

A pokud je kus kovu zelektrizován třením, řekněme, o srst, pak náboj, který se stačil přesunout na jeho povrch, okamžitě vyteče na tělo experimentátora a demonstrace jako s dielektrikem nebude fungovat. Ale pokud je kus kovu izolován od rukou experimentátora, pak zůstane na kovu.

Pokud se náboj těles v procesu elektrifikace pouze oddělí, jak se pak chová jejich celkový náboj? Na tuto otázku dávají odpověď jednoduché experimenty. Vezmeme-li elektroměr s kovovým kotoučem připevněným k jeho tyči, položíme na kotouč kus vlněné látky o velikosti tohoto kotouče. Na horní straně látkového kotouče je umístěn další vodivý kotouč, stejný jako na elektroměrové tyči, ale vybavený dielektrickou rukojetí.

Experimentátor držením rukojeti několikrát pohne horním kotoučem, otře jej o zmíněný látkový kotouč ležící na kotouči elektroměru a poté jej z elektroměru vyjme. Jehla elektroměru se vychýlí, když je disk vyjmut, a zůstane v této poloze. To znamená, že se na vlněné látce a na disku připevněném k tyči elektroměru objevil elektrický náboj.

Potom se kotouč s rukojetí uvede do kontaktu s druhým elektroměrem, ale bez kotouče k němu připojeného, ​​a pozoruje se, že jeho jehla se odchyluje téměř o stejný úhel jako jehla prvního elektroměru.

Experiment ukazuje, že oba disky obdržely během elektrifikace náboje stejné velikosti. Jaké jsou ale příznaky těchto poplatků? Pro zodpovězení této otázky jsou elektroměry spojeny vodičem. Šipky elektroměrů se okamžitě vrátí do nulové polohy, kde byly před začátkem experimentu. Náboj byl neutralizován, což znamená, že náboje disků byly stejné velikosti, ale opačného znaménka a celkové množství bylo nulové, jako před experimentem.

Takové experimenty naznačují, že během elektrifikace je zachován celkový náboj těles, to znamená, že pokud byl celkový součet před elektrifikací nulový, pak bude po elektrifikaci celkový nulový. Ale proč se to děje? Pokud otřete ebonitovou tyčinkou o látku, nabije se záporně a látka se nabije kladně, a to je známý fakt. Na ebonitu se při tření o vlnu tvoří přebytek elektronů a na látce tedy nedostatek.

Náboje budou stejné v modulu, protože kolik elektronů prošlo z látky do ebonitu, tolik záporného náboje ebonit přijal a stejné množství kladného náboje se vytvořilo na látce, protože elektrony opouštějící látku jsou kladné. náboj látky. A přebytek elektronů na ebonitu se přesně rovná nedostatku elektronů na plsti. Náboje jsou opačného znaménka, ale stejné velikosti. Je zřejmé, že celkový náboj je během elektrifikace zachován;

Navíc, i když se před elektrifikací náboje obou těles lišily od nuly, pak celkový náboj zůstává stále stejný jako před elektrifikací. Označíme-li náboje těles před jejich interakcí jako q1 a q2 a náboje po interakci jako q1′ a q2′, pak bude platit následující rovnost:

To naznačuje, že během jakékoli interakce těles je celkový náboj vždy zachován. To je jeden ze základních přírodních zákonů, zákon zachování elektrického náboje. Benjamin Franklin to objevil v roce 1750 a představil pojmy „kladný náboj“ a „negativní náboj“. Franklin navrhl označovat opačné náboje znaménky „-“ a „+“.

V elektronice Kirchhoffova pravidla pro proudy vyplývají přímo ze zákona zachování elektrického náboje. Kombinace vodičů a radioelektronických komponent je prezentována jako otevřený systém. Celkový příliv poplatků do daného systému se rovná celkovému výstupu poplatků z tohoto systému. Kirchhoffova pravidla předpokládají, že elektronický systém nemůže výrazně změnit svůj celkový náboj.

Pro spravedlnost podotýkáme, že nejlepším experimentálním testem zákona zachování elektrického náboje je hledání takových rozpadů elementárních částic, které by byly povoleny v případě nepřísného zachování náboje. Takové rozpady nebyly v praxi nikdy pozorovány.

Další způsoby elektrifikace fyzických těl:

1. Je-li zinkový plech ponořen do roztoku kyseliny sírové H₂SO₄, pak se v něm částečně rozpustí. Některé z atomů zinkové desky, které ponechávají dva své elektrony na zinkové desce, přejdou do roztoku s řadou kyselin ve formě dvojitě nabitých kladných iontů zinku. Výsledkem je, že zinková deska bude nabita zápornou elektřinou (přebytek elektronů) a roztok kyseliny sírové bude nabit kladnou elektřinou (přebytek kladných iontů zinku). Tato vlastnost elektrifikace zinku v roztoku kyseliny sírové se využívá v galvanickém článku jako hlavní proces při výrobě elektrické energie.

2. Pokud světelné paprsky dopadají na povrchy kovů jako je zinek, cesium a některé další, pak se z těchto povrchů uvolňují volné elektrony do okolí. Výsledkem je, že kov je nabit kladnou elektřinou a okolní prostor je nabit zápornou elektřinou. Emise elektronů osvětlenými povrchy určitých kovů se nazývá fotoelektrický jev, který našel uplatnění ve fotovoltaických článcích.

3. Pokud se kovové těleso zahřeje do stavu bílého tepla, pak volné elektrony vyletí z jeho povrchu do okolního prostoru. V důsledku toho bude kov, který ztratil elektrony, nabit kladnou elektřinou a životní prostředí bude nabito zápornou elektřinou.

4. Pokud připájete konce dvou odlišných drátů, například vizmutového a měděného, ​​a místo, kde jsou pájeny, se zahřeje, pak se volné elektrony částečně přenesou z měděného drátu na vizmutový drát. Výsledkem je, že měděný drát bude nabit kladnou elektřinou a vizmutový drát bude nabit zápornou elektřinou. V termoprvcích se využívá fenoménu elektrifikace dvou fyzických těles, když absorbují tepelnou energii.

Jevy spojené s interakcí elektrifikovaných těles se nazývají elektrické jevy.

Interakce mezi zelektrizovanými tělesy je určována tzv. elektrickými silami, které se od sil jiné povahy liší tím, že určují vzájemné odpuzování a přitahování nabitých těles bez ohledu na rychlost jejich pohybu.

Tato interakce mezi nabitými tělesy se liší například od gravitační interakce, která se vyznačuje pouze přitažlivostí těles, nebo od sil magnetického původu v závislosti na relativní rychlosti pohybu nábojů, které způsobují magnetické jevy.

Elektrotechnika studuje především zákonitosti vnějšího projevu vlastností elektrifikovaných těles – zákony elektromagnetických polí.

Doufáme, že vám tento krátký článek poskytl obecnou představu o tom, co je elektrifikace těles, a nyní víte, jak experimentálně otestovat zákon zachování elektrického náboje pomocí jednoduchého experimentu.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře