Tĩnh điện là gì và nguyên nhân gây ra tĩnh điện?
Mọi người đều đã trải qua tĩnh điện. Ví dụ như: khi bạn nhìn thấy tia lửa trong gương khi chải tóc hoặc bạn chạm vào nắm đấm cửa sau khi đi trên thảm vào mùa đông. Tia lửa mà bạn nhìn thấy là sự phóng điện tĩnh. Vậy tại sao lại gọi là tĩnh điện? Nó được gọi là “tĩnh” bởi vì các điện tích vẫn tách biệt trong một khu vực chứ không phải di chuyển hoặc “chảy” sang một khu vực khác như trường hợp dòng điện chạy trong một dây – được gọi là dòng điện.
Tĩnh điện đã được biết đến từ xa xưa như người Hy Lạp cổ đại rằng mọi thứ có thể được tạo ra một “điện tích” tĩnh điện (tích tụ tĩnh điện) chỉ đơn giản bằng cách cọ xát chúng, nhưng họ không biết rằng cùng một năng lượng có thể được sử dụng để tạo ra ánh sáng hoặc máy điện. Chính Benjamin Franklin đã giúp đưa điện năng lên hàng đầu. Ông tin rằng điện có thể được khai thác từ sét.
Chính xác thì tĩnh điện là gì?
Tĩnh điện về cơ bản là sự mất cân bằng của các điện tích bên trong hoặc trên bề mặt của vật liệu. Điện tích vẫn còn cho đến khi nó được “xả”. Một điện tích tĩnh có thể được tạo ra bất cứ khi nào hai bề mặt tiếp xúc và tách rời nhau, và ít nhất một trong những bề mặt có điện trở cao đối với dòng điện (và do đó là chất cách điện). Tia lửa quen thuộc mà người ta nhìn thấy của một cú sốc tĩnh – cụ thể hơn, là sự phóng điện – gây ra bởi sự trung hòa điện tích.
Phí đó đến từ đâu?
Chúng ta biết rằng mọi vật thể đều được tạo thành từ các nguyên tử và nguyên tử được cấu tạo bởi các proton, electron và neutron. Các proton mang điện tích dương, các electron mang điện tích âm, và các nơtron trung hòa. Do đó, tất cả mọi thứ đều được tạo thành từ phí. Các điện tích trái dấu thì hút nhau (âm sang dương). Giống như các điện tích đẩy nhau (từ dương sang dương hoặc từ âm sang âm). Hầu hết thời gian các điện tích âm và dương nằm cân bằng trong một vật, điều này làm cho vật đó trung hòa như trường hợp của các phân tử.
Tĩnh điện là kết quả của sự mất cân bằng giữa điện tích âm và điện tích dương trong một vật thể. Các điện tích này có thể tích tụ trên bề mặt của một vật thể cho đến khi chúng tìm được cách giải phóng hoặc phóng điện. Việc cọ xát các vật liệu nhất định với nhau có thể truyền các điện tích âm hoặc các điện tử. Ví dụ, nếu bạn chà giày trên thảm, cơ thể bạn sẽ thu thêm các electron từ tấm thảm. Các electron bám vào cơ thể bạn cho đến khi chúng có thể được giải phóng như trường hợp bạn chạm vào tay nắm cửa bằng kim loại.
“… Hiện tượng tĩnh điện cần có sự phân tách của điện tích dương và điện tích âm. Khi hai vật liệu tiếp xúc với nhau, các êlectron có thể chuyển động từ vật liệu này sang vật liệu kia, làm cho vật liệu này dư thừa điện tích dương và âm tích điện trên mặt khác. Khi các vật liệu được tách ra, chúng sẽ giữ lại sự mất cân bằng điện tích này … ”
Tại sao tóc bạn dựng đứng khi bỏ mũ ra?
Khi bạn bỏ mũ ra, các electron được chuyển từ mũ sang tóc – tại sao tóc bạn dựng đứng? Vì các vật có cùng điện tích đẩy nhau. Khi tóc nhận được nhiều electron hơn, chúng sẽ có cùng điện tích và tóc của bạn sẽ dựng đứng. Các sợi tóc của bạn chỉ đơn giản là cố gắng để càng xa nhau càng tốt!
Hiệu ứng ba điện là gì?
Hiệu ứng ba điện là một dạng điện khí hóa tiếp xúc, trong đó một số vật liệu nhất định trở nên tích điện sau khi tiếp xúc với một vật liệu khác và sau đó được tách ra.
Hầu hết các tĩnh điện hàng ngày là điện ba. Độ phân cực và độ bền của các điện tích được tạo ra khác nhau tùy theo vật liệu, độ nhám bề mặt, nhiệt độ, biến dạng và các đặc tính khác.
Hiệu ứng ba điện hiện nay được coi là có liên quan đến hiện tượng kết dính , trong đó hai vật liệu gồm các phân tử khác nhau có xu hướng dính vào nhau do lực hút giữa các phân tử khác nhau. Sự bám dính hóa học xảy ra khi các nguyên tử bề mặt của hai bề mặt riêng biệt hình thành liên kết ion, cộng hóa trị hoặc hydro trong những điều kiện này có sự trao đổi electron giữa các loại phân tử khác nhau, dẫn đến lực hút tĩnh điện giữa các phân tử giữ chúng lại với nhau.
Tùy thuộc vào các tính chất tribo điện của vật liệu, một vật liệu có thể “bắt” một số electron từ vật liệu kia. Nếu bây giờ hai vật liệu được tách ra khỏi nhau, sự mất cân bằng điện tích sẽ xảy ra.
Ví dụ về Dòng điện ba cực nhường electron:
Độ tích điện nhiều nhất – Da người khô> da> lông thỏ> thủy tinh> tóc> nylon> len> chì> lụa> nhôm> giấy (Độ tích tĩnh điện ít nhất)
Ví dụ về Dòng điện ba cực nhường electron:
Không tích điện – teflon> silicon> PVC> băng dính scotch> quấn saran> xốp> polyester> vàng> niken> cao su – Không tích điện ít nhất
Cách tạo điện tĩnh bằng máy phát điện Van de Graaf
Máy phát điện Van de Graaff là một máy phát tĩnh điện sử dụng một dây đai chuyển động để tích tụ điện tích trên một quả cầu kim loại rỗng trên đỉnh của một cột cách điện. Điều này có thể tạo ra điện thế rất cao. Nó tạo ra dòng điện một chiều (DC) điện áp rất cao ở mức dòng điện thấp. Nó được phát minh bởi nhà vật lý người Mỹ Robert J. Van de Graaff vào năm 1929. (Xem tài liệu tham khảo bên dưới trong tạp chí Scientific American) Khả năng tích điện đạt được trong máy phát điện Van de Graaff hiện đại có thể lên tới 5 megavolts. Một phiên bản để bàn có thể có thể tích được 100.000 vôn và có thể tích trữ đủ năng lượng để tạo ra tia lửa có thể nhìn thấy được. Máy Van de Graaff nhỏ được sản xuất để giải trí và trong các lớp học vật lý để dạy tĩnh điện.
