Wat Is Statische Elektriciteit?

{h1}

Statische elektriciteit is het gevolg van een onbalans tussen negatieve en positieve ladingen in objecten.

Statische elektriciteit kan hinderlijk of zelfs gevaarlijk zijn. De energie waardoor uw haar rechtop gaat staan, kan ook de elektronica beschadigen en explosies veroorzaken. Echter, goed gecontroleerd en gemanipuleerd, kan het ook een enorme zegen voor het moderne leven zijn.

"Elektrische lading is een fundamentele eigenschap van materie", aldus Michael Richmond, een hoogleraar natuurkunde aan het Rochester Institute of Technology. Bijna alle elektrische lading in het universum wordt gedragen door protonen en elektronen. Van protonen wordt gezegd dat ze een lading van + 1-elektroneenheid hebben, terwijl elektronen een lading van -1 hebben, hoewel deze tekens volledig willekeurig zijn. Omdat protonen over het algemeen beperkt zijn tot atoomkernen, die op hun beurt ingebed zijn in atomen, zijn ze lang niet zo beweeglijk als elektronen. Daarom, als we het hebben over elektrische stroom, bedoelen we bijna altijd de stroom van elektronen, en als we het hebben over statische elektriciteit, bedoelen we in het algemeen een onbalans tussen negatieve en positieve ladingen in objecten.

Oorzaken van opbouw van statische ladingen

Een veel voorkomende oorzaak van de opbouw van statische lading is contact tussen vaste materialen. Volgens de Universiteit van Hawaï: "Wanneer twee objecten tegen elkaar worden gewreven om statische elektriciteit te creëren, geeft één object elektronen op en wordt positiever geladen terwijl het andere materiaal elektronen verzamelt en negatief geladen wordt." Dit komt omdat het ene materiaal zwak gebonden elektronen heeft en het andere veel openingen heeft in zijn buitenste elektronenschillen, dus elektronen kunnen van het eerste naar het laatste gaan, waardoor een onbalans in de lading ontstaat nadat de materialen zijn gescheiden. Materialen die op deze manier elektronen kunnen verliezen of winnen, worden volgens de Northwestern University tribo-elektrisch genoemd. Een bekend voorbeeld hiervan is het schuifelen van uw voeten over het tapijt, met name bij lage luchtvochtigheid, waardoor de lucht minder geleidend wordt en het effect toeneemt.

Omdat gelijke ladingen elkaar afstoten, migreren ze meestal naar de uiteinden van het geladen object om bij elkaar weg te komen. Dit is wat ervoor zorgt dat je haar op blijft staan ​​als je lichaam een ​​statische lading krijgt, volgens de Library of Congress. Wanneer u vervolgens een geaard stuk metaal, zoals een schroef op een lichtschakelplaat, aanraakt, biedt dit een pad naar de grond voor de lading die zich in uw lichaam heeft opgebouwd. Deze plotselinge ontlading zorgt voor een zichtbare en hoorbare vonk door de lucht tussen uw vinger en de schroef. Dit komt door het grote potentiaalverschil tussen uw lichaam en de grond, dat kan oplopen tot 25.000 volt.

Gevaren van opbouw van statische lading

Deze plotselinge hoogspanningsontladingen kunnen niet alleen een pijnlijke schok veroorzaken, maar kunnen ook een bron van ontbranding zijn voor ontvlambare stoffen, volgens de Occupational Safety and Health Administration (OSHA). Statische schokken kunnen ook kwetsbare elektronica beschadigen. Volgens NASA kan een simpele vonk van een vinger gevoelige onderdelen beschadigen en onbruikbaar maken, dus moeten er voorzorgsmaatregelen worden genomen, zoals het houden van printplaten in geleidende plastic zakken en het dragen van aardingsbanden om statische lading continu van je lichaam af te voeren.

Een andere bron van statische lading is de beweging van vloeistoffen door een pijp of slang. Als die vloeistof ontvlambaar is - zoals benzine - kan een vonk van een plotselinge ontlading resulteren in een brand of explosie. Mensen die vloeibare brandstoffen hanteren, moeten er goed op letten om opbouw van lading en plotseling ontslag te voorkomen. In een interview waarschuwde Daniel Marsh, hoogleraar natuurkunde aan de Missouri Southern State University, dat wanneer je benzine in je auto stopt, je altijd een metalen deel van de auto moet aanraken nadat je de lading hebt opgeruimd die mogelijk is ontwikkeld door over de seat. Als u gas voor uw grasmaaier koopt, moet u het blikje altijd uit uw auto halen en tijdens het vullen op de grond zetten. Dit dissipeert de statische lading continu en zorgt ervoor dat deze niet voldoende opbouwt om een ​​vonk te creëren.

Grote tankparken vormen een nog groter gevaar voor brand en explosies, daarom heeft de National Transportation and Safety Board (NTSB) richtlijnen opgesteld die het minimaliseren van statische elektriciteitsopwekking, het voorkomen van ladingsaccumulatie, het vermijden van vonkontlading en het regelen van de omgeving in de tank omvatten.

Het verplaatsen van gas en damp kan ook statische lading genereren. Het bekendste geval hiervan is bliksem. Volgens Martin A. Uman, auteur van "All About Lightning" (Dover, 1987), bewees Benjamin Franklin dat bliksem een ​​vorm van statische elektriciteit was toen hij en zijn zoon vliegvaardig waren tijdens een onweersbui. Ze bevestigden een sleutel aan de vliegertouw en de natte draad voerde lading van de wolk naar de sleutel die vonken gaf toen hij hem aanraakte. (In tegenstelling tot sommige versies van de legende, werd de vlieger niet getroffen door de bliksem. Als het zou zijn geweest, hadden de resultaten rampzalig kunnen zijn.)

Franklin heeft inderdaad de manier gevormd waarop we over elektriciteit denken. Hij raakte geïnteresseerd in het bestuderen van elektriciteit in 1742. Tot die tijd dachten de meeste mensen dat elektrische effecten het gevolg waren van het mengen van twee verschillende elektrische vloeistoffen. Franklin raakte er echter van overtuigd dat er slechts één enkele elektrische vloeistof was en dat voorwerpen een overmaat of tekort aan deze vloeistof konden hebben. Hij bedacht de termen 'positief' en 'negatief', verwijzend naar een teveel of tekort, volgens de Universiteit van Arizona. Vandaag weten we dat de "vloeistof" eigenlijk elektronen was, maar die werden ongeveer 150 jaar lang niet ontdekt.

Volgens het Jet Propulsion Laboratory ontwikkelen wolken zones van statische lading als gevolg van warme waterdruppels in opwaartse luchtstromen die elektronen uitwisselen koude ijskristallen in neergeslagen luchtstromen. Volgens NASA kan het potentieel tussen deze atmosferische ladingen en de grond meer dan 300.000 volt bedragen, dus de gevolgen van blikseminslag kunnen dodelijk zijn. Bij blikseminslag beweegt de stroom zich over het oppervlak van het lichaam in een proces dat "externe flashover" wordt genoemd en dat ernstige brandwonden kan veroorzaken, vooral op het eerste contactpunt. Sommige van de stroom kan echter door het lichaam reizen en het zenuwstelsel beschadigen, volgens de Nationale Weerdienst. Bovendien kan de hersenschudding leiden tot traumatisch inwendig letsel en blijvend gehoorverlies en kan de heldere flits tijdelijke of permanente schade aan het gezichtsvermogen veroorzaken. Als voorbeeld van de enorme energie die vrijkomt bij een blikseminslag, vertelde Marsh WordsSideKick.com over zijn persoonlijke observatie van een grote eik die letterlijk in tweeën werd gespleten door hogedrukstoom, veroorzaakt door een blikseminslag.

Als je het onweer kunt horen, ben je in het algemeen al binnen een opvallend bereik, volgens de Universiteit van Florida. Als u buiten bent wanneer een storm nadert, moet u onmiddellijk onderdak zoeken in een gebouw of voertuig en geen metalen raken. Als je niet binnen kunt komen, ga dan weg van hoge objecten zoals bomen, torens of heuveltoppen, hurk neer en balanceer zo mogelijk op de ballen van je voeten en maak zo min mogelijk contact met de grond, volgens de Brigham Young University.

Toepassingen van statische elektriciteit

Hoewel statische elektriciteit hinderlijk of zelfs gevaarlijk kan zijn, zoals in het geval van statische elektriciteit of statische elektriciteit, kan het in andere gevallen heel nuttig zijn. Statische ladingen kunnen bijvoorbeeld worden geïnduceerd door elektrische stroom. Een voorbeeld hiervan is een condensator, zo genoemd omdat hij de capaciteit heeft om elektrische lading op te slaan, analoog aan hoe een veer mechanische energie opslaat. Een spanning toegepast op de condensator creëert een ladingsverschil tussen de platen. Als de condensator is opgeladen en de spanning is uitgeschakeld, kan deze de lading enige tijd vasthouden. Dit kan handig zijn, zoals in het geval van supercondensatoren, die in sommige toepassingen oplaadbare batterijen kunnen vervangen, maar het kan ook gevaarlijk zijn. Elektronische apparatuur zoals oudere CRT-computermonitoren en televisietoestellen bevatten grote condensatoren die een lading van maximaal 25.000 volt kunnen vasthouden, wat kan leiden tot letsel of de dood zelfs nadat het apparaat enkele dagen is uitgeschakeld.

Een andere manier om een ​​nuttige statische lading te creëren, is mechanische spanning. In piëzo-elektrische materialen kunnen elektronen letterlijk uit de plaats worden geperst en gedwongen worden om te bewegen vanuit het gebied dat onder spanning staat. De spanning als gevolg van de resulterende onbalans van de lading kan dan worden gebruikt om werk te doen. Eén toepassing is energie oogsten, waarbij apparaten met een laag vermogen kunnen werken op energie die wordt geproduceerd door omgevingsvibraties.

Een andere toepassing is voor kristallen microfoons. Geluidsgolven in de lucht kunnen een diafragma afbuigen dat is verbonden met een piëzo-elektrisch onderdeel dat de geluidsgolven omzet in een elektrisch signaal. In de omgekeerde bewerking kan het elektrische signaal ervoor zorgen dat een piezo-elektrische transducer in een luidspreker beweegt, waardoor het geluid wordt gereproduceerd.

Gelokaliseerde statische ladingen kunnen ook worden beïnvloed door een intens licht. Dit is het principe achter fotokopieerapparaten en laserprinters. In fotokopieerapparaten kan het licht afkomstig zijn van een geprojecteerd beeld van een vel papier; in laserprinters wordt het beeld op de trommel getraceerd door een scan-laserstraal. De gehele drum wordt in eerste instantie opgeladen door een coronaire ontladingsdraad die vrije elektronen door de lucht verspreidt, gebruikmakend van hetzelfde principe dat St. Elmo's vuur veroorzaakt. De elektronen van de draad worden vervolgens aangetrokken door een positief geladen trommel. Een beeld wordt vervolgens geprojecteerd op de fotogeleidende trommel en de lading wordt afgevoerd van de verlichte gebieden, terwijl de donkere gebieden van het beeld geladen blijven. De geladen gebieden op de trommel kunnen vervolgens tegengesteld geladen tonerdeeltjes aantrekken die vervolgens op het papier worden gerold, dat wordt ondersteund door een positief geladen rol en op zijn plaats wordt gesmolten door een elektrisch verwarmingselement.

Marsh merkte op dat kolengestookte elektriciteitscentrales elektrostatische stofvangers gebruiken om deeltjes uit schoorstenen te verzamelen, zodat ze kunnen worden weggegooid als vast afval in plaats van te worden geloosd in de lucht. In een andere toepassing beschreef hij hoe statische lading wordt toegepast op herbiciden die in een fijne nevel op onkruid worden gesproeid. De geladen druppels worden gelijkmatig aangetrokken en gelijkmatig over de bladeren van de ongewenste planten verdeeld in plaats van op de grond te vallen en verspild te worden. Hetzelfde principe wordt gebruikt voor elektrostatisch spuiten zodat er meer verf op het doelwit terechtkomt en minder in de lucht en op de wanden en vloer van de verfruimte.

Extra middelen

  • Princeton Plasma Physics Lab: elektriciteit en magnetisme
  • NASA: Statische elektriciteit
  • Library of Congress 'Everyday Mysteries: Hoe werkt statische elektriciteit?


Video Supplement: Wat is statische elektriciteit?.




Onderzoek


Robot Madness: Creating True Artificial Intelligence
Robot Madness: Creating True Artificial Intelligence

Augmented Reality Game Laat Kinderen De Wetenschappers Zijn
Augmented Reality Game Laat Kinderen De Wetenschappers Zijn

Science Nieuws


Waarom Vrouwen Zo Veel Zorgen Maken
Waarom Vrouwen Zo Veel Zorgen Maken

Adhd-Medicijnen Kunnen Langdurige Houdingen Veroorzaken
Adhd-Medicijnen Kunnen Langdurige Houdingen Veroorzaken

Sound Science: Pete Townshend Blames Headphones Voor Gehoorverlies
Sound Science: Pete Townshend Blames Headphones Voor Gehoorverlies

Weekend Light Show? Draconid Meteor Shower Verwachte Zaterdag
Weekend Light Show? Draconid Meteor Shower Verwachte Zaterdag

Pineapple: Gezondheidsvoordelen, Risico'S En Voedingsfeiten
Pineapple: Gezondheidsvoordelen, Risico'S En Voedingsfeiten


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com