Esimerkkejä staattisista sähköongelmista: Määritelmä, kaavat, sovellukset, prosessit
Määritelmä staattinen sähkö
Staattinen sähkö on tutkimus sähkövarausten keräämisestä ja niiden ominaisuuksista esineessä. Sanan alkuperästä katsottuna sanaa sähkö seuraa sana "staattinen", joka tarkoittaa "hiljaista". Tämä tarkoittaa, että staattinen sähkö liittyy sähköisiin ilmiöihin, jotka ovat paikallaan tai eivät virtaa. Staattinen sähkö ei voi virrata paikasta toiseen, vaan vilkkuu vain hetken yhdessä paikassa. Staattinen sähkö ei siis voi tuottaa sähkövirtaa.
Sähkön historiassa sähkö oli ensimmäinen, jonka aikaisemmat asiantuntijat löysivät. Tänään nauttimaamme sähkö on seurausta tämän staattisen sähkön kehityksestä. Staattisen sähkön löysi ensin antiikin kreikkalainen matemaatikko Thales Miletus (625-547 eKr). Tuolloin hän otti keltaisen kiven nimeltä keltainen. Sitten Thales hieroi kiveä villakankaalla. Yllättäen hänen ympärillään olevat kanan höyhenet houkuttelivat ja tarttuivat.
Hankauksessa kävi ilmi, että Thales oli antanut keltaiselle sähkövarauksen villakankaan kautta. Tämä varaus saa keltaisen ympäröivät höyhenet vetämään puoleensa ja tarttumaan meripihkaan. Tästä tuli myöhemmin staattisen sähkön löytämisen varhainen historia.
Staattinen sähkökaava
Vuonna 1785 ranskalainen fyysikko nimeltä Charles Agustin Coulomb tutkia kahdelle sähkövarautuneelle esineelle kohdistuvan voiman suuruutta. Työkalu, jota hän käyttää, on vääntötasapaino (vääntötasapaino). Tutkimuksen tulokset löysivät suhteen, joka "Sähkövoiman suuruus on verrannollinen kahden kohteen sähkövarauksen suuruuteen ja kääntäen verrannollinen kahden sähköisesti varatun kohteen välisen etäisyyden neliöön.”. Tämä lausunto tunnetaan nimellä Coulombin laki. Arvostuksena hänen palveluistaan nimi coulomb käytetään sähkövarausyksikkönä.
Coulomb-yhtälö
Coulombin laki voidaan kirjoittaa matemaattisesti:
F = Sähkövoima (newtonit)
Q1 = kohteen 1 sähkövaraus (coulomb)
Q2 = kohteen 2 sähkövaraus (coulomb)
r = kahden sähköisesti varautuneen kohteen välinen etäisyys (metriä)
k = vakio (9 x 109 N m2 C-2)
Staattisen sähkön käyttö
Voimme kohdata staattisen sähkön käytön jokapäiväisessä elämässä. Sovellus tuo etuja ihmisen elämään. Tässä on joitain esimerkkejä staattisen sähkön sovelluksista:
1. Savun hyytymistä estävät laitteet pilaantumisen vähentämiseksi
Vuonna 1906 amerikkalainen kemisti Frederick Gardner Cottrel onnistui keksimään laitteen palvelee tehtaan savupiipusta tulevan savun yhteenpuristamista pilaantumisen estämiseksi ilmaa. Tämä yksinkertainen työkalu toimii Coulombin voiman ja varauksen induktion periaatteella. Temppu on asentaa kaksi metallia, joilla on suuri mutta vastakkainen merkki tehtaan savupiippuun. Savupiipun läpi virtaavat savupartikkelit indusoituvat siten, että niillä on indusoitu varaus. Tuloksena oleva varaus on positiivinen ja osa negatiivinen. Savupartikkelit houkuttelevat muodostamaan suurempia ja painavampia hiukkasia. Hiukkasten painon kasvu ei saa hiukkasia virtaamaan savun kanssa ylöspäin. Hiukkaset putoavat savupiipun pohjaan.
2. Auton maalaus
Kun maali ruiskutetaan, hienoilla maalirakeilla on varausta, koska ne hierovat ilmaa vasten. Maalattavan auton pinnalle annetaan maalirakeiden vastakkainen varaus, jotta maalirakeet voidaan houkutella auton pintaan. Tämä menetelmä on erittäin tehokas epätasaisille pinnoille. Tämä tapahtuu, koska maalirakeet tarttuvat yhteen seuraamalla olemassa olevaa sähkökenttää. Tämän seurauksena maalipisarat peittävät kaikki auton pinnat, jotka voivat olla piilossa maalisuihkulta. Siten tämä menetelmä voi tuottaa jopa maalaustuloksia ja päästä piilotettuihin paikkoihin.
3. Kopiokone
Kopiokoneella on pääosa valoa johtavan levyn muodossa. Nämä levyt eivät kykene johtamaan sähköä pimeässä huoneessa. Tämä johtava levy johtaa sähköä vain altistuessaan valolle. Aluksi valoa johtava levy indusoidaan siirtämällä negatiivisesti varautunutta johtoa sen pintaa pitkin. Tällä tavalla valolevyn pinnalle muodostuu positiivinen indusoitu varaus. Kun valokopioitava paperi säteilytetään, heijastunut valo osuu johtavaan valokuvalevyyn, joka sisältää jo indusoidun varauksen. Tämän seurauksena sähkövaraus muodostuu täsmälleen samalla tavalla kuin kopioitavalla paperilla. Sitten negatiivisesti varautunut muste ruiskutetaan levylle. Seuraavaksi muste siirretään toiseen paperiin valokopion tekemiseksi siitä. Tätä paperia kuumennetaan niin, että muste tarttuu tiukasti.
Staattisen sähkön prosessi
Staattista sähköä voi esiintyä sekä eristeissä että johtimissa. Staattisen sähkön tapahtumia tapahtuu sen jälkeen, kun materiaali on latautunut kitka- (hankaus-) prosessin vuoksi. Loppu latauksella kitkan avulla tai latautuu kitkan takia. Näiden kahden materiaalin välinen kitka tai hankautuminen saa elektronit yhden materiaalin atomista siirtymään toisen materiaalin atomeihin siten, että molemmat materiaalit latautuvat. Aine, joka menettää elektroneja, latautuu positiivisesti, muuten negatiivisesti. Joten elektronien siirtyminen staattisen sähkön sattuessa tapahtuu kitka- tai hankausprosessin takia.
Kun materiaali on latautunut sähköisesti, tapahtuu staattista sähköä, kuten varautunut muoviviiva, joka vetää paperia. Alun perin tyhjää tai neutraalia muoviviivaa hierotaan villakankaalla, villakankaassa olevat elektronit siirtyvät muoviviivaan. Tämän seurauksena muoviviivaa kutsutaan esineeksi, jolla on negatiivinen sähkövaraus. Kun viivain tuodaan lähelle paperia, hallitsija houkuttelee paperia. Tämä osoittaa, että negatiivisella sähkövarauksella varustetut esineet voivat houkutella ympärilleen kevyempiä esineitä, joilla on positiivinen sähkövaraus.
Muovisten viivaimien lisäksi toinen esimerkki staattisesta sähköstä on pitkät hiukset seisomaan koskettamalla Van de graff -generaattorin kupolia, salaman esiintyminen valon välähdyksellä, johon liittyy ukkosen ääni, ja jne. Pohjimmiltaan staattisen sähkön ilmiö ilmenee yrityksenä purkaa sähköisesti varattu materiaali palatakseen neutraaliksi.
Esimerkki staattisesta sähköstä
Jotkut muut esimerkit staattisesta sähköstä, jota voidaan kohdata päivittäisissä rutiineissa, ovat seuraavat:
- kun kampaamme hiuksiamme tietämättä sitä, joskus hiuksemme kulkeutuvat seisomaan yksin kammiliikkeellä. Tällaisia asioita voi tapahtua kampauksen ja hiusten latauksen vuorovaikutuksen vuoksi.
- silkkikankaalla hierottu lasitankoja. Tässä tapauksessa esineet reagoivat toistensa kanssa houkuttelemalla toisiaan. Kuinka voi olla sellainen? Sen jälkeen kun nämä kaksi on hierottu toisiaan vasten, elektronit hyppäävät lasisauvasta silkkikankaaseen, jolloin sauva lasi on positiivisesti varautunut, kun silkki on negatiivisesti varautunut, tämä on melkein sama kuin viivaimessa, johon hierotaan hiukset.
- muovinen viivain hierotaan villaa. Näillä kahdella esineellä on yleensä neutraali varaus, mutta kun ne hierotaan yhteen, tapahtuu elektronihyppy, joka saa elektronit hyppäämään villakankaasta muoviviivaan ja muoviviiva latautuu negatiivisesti samalla kun villa latautuu positiivinen.
- Kun viet kätesi vasta sammutetulle TV-ruudulle. Tässä tapauksessa, jos kiinnität huomiota hiuksiin tai hiuksiin käsissänne, ne nousevat ylös, jotain sellaista aiheuttaa staattinen sähkö.
Esimerkkejä staattisista sähköongelmista
- Jos AB = BC = 3 cm ja q = 2 x 10-7 C, määritä sitten pisteeseen B vaikuttava voima.
Ratkaisu:
Kunkin latauksen aiheuttama voima B: lle:
- Kaksi latausta, kun ne ovat 10 cm: n päässä toisistaan, vuorovaikutusvoima on 20 N. Jos etäisyys suurennetaan 20 cm: iin, esiintyvän vuorovaikutusvoiman suuruus on ...
Ratkaisu:
- Kaksi sähkövarausta 12μC ja 3C ovat öljyssä 6 cm: n etäisyydellä toisistaan. Jos öljyn dielektrisyysvakio on 2,5. Kahden latauksen välinen hylkivä voima on ...
Ratkaisu:
- Kaksi sähkövarausta kussakin QA = 4 C ja QB = 9 C on ilmassa 20 cm: n etäisyydellä, missä varaus sijaitsee siten, että siihen vaikuttava voima on nolla ...
Se on arvostelu Esimerkkejä staattisista sähköongelmista: Määritelmä, kaavat, sovellukset, prosessit Toivottavasti yllä tarkastellusta on hyötyä lukijoille. Siinä kaikki ja kiitos.
Lue myös muita aiheeseen liittyviä artikkeleita täältä:
- Tasavirtasähkö: Määritelmä ja lähteet sekä täydelliset esimerkit ongelmista
- Ymmärtäminen, kaavat ja sähköenergiayksiköt sekä esimerkkejä täydellisistä ongelmista
- Sähkövirran ymmärtäminen, kaavat ja yksiköt sekä esimerkkejä täydellisistä ongelmista.
- Sähkömoottorivoimien ymmärtäminen ja kaavat sekä täydelliset esimerkit ongelmista.
- Ymmärtäminen ja Lorentz Force -kaavat sekä täydelliset esimerkit
- Määritelmä ja painovoiman kaava sekä esimerkkejä täydellisistä ongelmista.