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Wie funktioniert statische Elektrizität?

Haben Sie jemals einen Schock durch Berühren eines Türknaufs bekommen oder gesehen, wie Ihre Haare an besonders kalten, trockenen Tagen kraus wurden? Wenn Sie eine dieser Erfahrungen gemacht haben, sind Sie auf statische Elektrizität gestoßen. Statische Elektrizität ist der Aufbau elektrischer Ladung (positiv oder negativ) an einem Ort. Es wird auch „Strom in Ruhe“ genannt.

Wichtige Imbissbuden: Statische Elektrizität

  • Statische Elektrizität entsteht, wenn sich an einem Ort Ladung aufbaut.
  • Objekte haben typischerweise eine Gesamtladung von Null, so dass das Akkumulieren einer Ladung die Übertragung von Elektronen von einem Objekt zu einem anderen erfordert.
  • Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Elektronen zu übertragen und so eine Ladung aufzubauen: Reibung (triboelektrischer Effekt), Leitung und Induktion.

 

Die Ursachen der statischen Elektrizität

Eine elektrische Ladung definiert als positiv oder negativ – ist eine Eigenschaft der Materie, die bewirkt, dass zwei elektrische Ladungen sich anziehen oder abstoßen. Wenn zwei elektrische Ladungen gleich sind (beide positiv oder beide negativ), stoßen sie sich gegenseitig ab. Wenn sie unterschiedlich sind (eine positive und eine negative), ziehen sie an.

Statische Elektrizität entsteht, wenn sich an einem Ort Ladung aufbaut. Normalerweise sind Objekte weder positiv noch negativ geladen – sie erfahren eine Gesamtladung von Null. Das Akkumulieren einer Ladung erfordert die Übertragung von Elektronen von einem Objekt zu einem anderen.

Das Entfernen negativ geladener Elektronen von einer Oberfläche führt dazu, dass diese Oberfläche positiv geladen wird, während das Hinzufügen von Elektronen zu einer Oberfläche dazu führt, dass diese Oberfläche negativ geladen wird. Wenn also Elektronen von Objekt A zu Objekt B übertragen werden, wird Objekt A positiv und Objekt B negativ geladen.

 

Aufladen durch Reibung (triboelektrischer Effekt)

Der triboelektrische Effekt bezieht sich auf die Übertragung von Ladung (Elektronen) von einem Objekt auf ein anderes, wenn sie durch Reibung aneinander gerieben werden. Zum Beispiel kann der triboelektrische Effekt auftreten, wenn Sie im Winter mit Socken über einen Teppich schlurfen.

Der triboelektrische Effekt tritt tendenziell auf, wenn beide Objekte elektrisch isolierend sind , was bedeutet, dass Elektronen nicht frei fließen können. Wenn die beiden Objekte aneinander gerieben und dann getrennt werden, hat die Oberfläche eines Objekts eine positive Ladung erhalten, während die Oberfläche des anderen Objekts eine negative Ladung erhalten hat. Die Ladung der beiden Objekte nach der Trennung kann aus der triboelektrischen Reihe vorhergesagt werden , in der die Materialien in der Reihenfolge aufgelistet sind, in der sie dazu neigen, positiv oder negativ geladen zu werden.

Da sich Elektronen nicht frei bewegen können, können die beiden Oberflächen lange Zeit geladen bleiben, es sei denn, sie sind einem elektrisch leitenden Material ausgesetzt. Wenn ein elektrisch leitendes Material wie Metall die geladenen Oberflächen berührt, können sich die Elektronen frei bewegen und die Ladung von der Oberfläche wird entfernt.

Aus diesem Grund wird durch Hinzufügen von Wasser zu Haaren, die aufgrund statischer Elektrizität kraus werden, die statische Aufladung entfernt. Wasser, das gelöste Ionen enthält – wie dies bei Leitungswasser oder Regenwasser der Fall ist – ist elektrisch leitend und entfernt die Ladungen, die sich auf den Haaren angesammelt haben.

 

Laden durch Leitung und Induktion

Leitung bezieht sich auf die Übertragung von Elektronen, wenn Objekte miteinander in Kontakt gebracht werden. Beispielsweise kann eine positiv geladene Oberfläche Elektronen gewinnen, wenn sie ein neutral geladenes Objekt berührt, wodurch das zweite Objekt positiv geladen wird und das erste Objekt weniger positiv geladen wird als zuvor.

Die Induktion beinhaltet weder einen Elektronentransfer noch einen direkten Kontakt. Vielmehr wird das Prinzip verwendet, dass „gleiche Ladungen abstoßen und entgegengesetzte Ladungen anziehen“. Die Induktion erfolgt mit zwei elektrischen Leitern, da sich Ladungen frei bewegen können.

Hier ist ein Beispiel für das Laden durch Induktion. Stellen Sie sich vor, zwei Metallgegenstände, A und B, werden miteinander in Kontakt gebracht. Ein negativ geladenes Objekt befindet sich links von Objekt A, wodurch die Elektronen auf der linken Seite von Objekt A abgestoßen werden und sich zu Objekt B bewegen. Die beiden Objekte werden dann getrennt, und die Ladung verteilt sich über das gesamte Objekt. Objekt A ist positiv und Objekt B insgesamt negativ geladen.

 

Quellen

  • Beaver, John B. und Don Powers. Elektrizität und Magnetismus: Statische Elektrizität, Strom und Magnete . Mark Twain Media, 2010.
  • Christopoulos, Christos. Prinzipien und Techniken der elektromagnetischen Verträglichkeit . CRC Press, 2007.
  • Vasilescu, Gabriel. Prinzipien und Anwendungen von elektronischem Rauschen und Störsignalen . Springer, 2005.

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