Wie funktioniert statische Elektrizität?

Haben Sie jemals einen Schock bekommen, wenn Sie einen Türknauf berührt haben, oder haben Sie gesehen, dass Ihr Haar an besonders kalten, trockenen Tagen kraus wird? 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 "Ruhestrom" genannt.

Schlüsselfunktionen: Statische Elektrizität

• Statische Elektrizität entsteht, wenn sich an einer Stelle eine Ladung aufbaut.
• Objekte haben in der Regel eine Gesamtladung von Null, daher erfordert die Akkumulation einer Ladung die Übertragung von Elektronen von einem Objekt auf ein anderes.
• Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Elektronen zu übertragen und so eine Ladung aufzubauen: Reibung (der triboelektrische Effekt), Leitung und Induktion.

Die Ursachen statischer Elektrizität

Eine elektrische Ladung-entweder positiv oder negativ definiert - ist eine Eigenschaft von Materie, die zwei elektrische Ladungen anzieht oder abstößt. Wenn zwei elektrische Ladungen der gleichen Art sind (beide positiv oder beide negativ), stoßen sie sich gegenseitig ab. Wenn sie unterschiedlich sind (eine positive und eine negative), werden sie anziehen.

Statische Elektrizität entsteht, wenn sich an einer Stelle eine Ladung aufbaut. Normalerweise sind Objekte weder positiv noch negativ geladen - sie weisen eine Gesamtladung von Null auf. Um eine Ladung zu akkumulieren, müssen Elektronen von einem Objekt auf ein anderes übertragen werden.

Das Entfernen negativ geladener Elektronen von einer Oberfläche bewirkt, 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.

Aufladung durch Reibung (triboelektrischer Effekt)

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

Der triboelektrische Effekt tritt in der Regel auf, wenn beide Objekte elektrisch sind isolierend, Das heißt, Elektronen können nicht frei fließen. Wenn die zwei Objekte aneinander gerieben und dann getrennt werden, hat die Oberfläche eines Objekts eine positive Ladung gewonnen, während die Oberfläche des anderen Objekts eine negative Ladung gewonnen hat. Die Ladung der beiden Objekte nach der Trennung kann aus der vorhergesagt werden triboelektrische Reihe, Hier werden Materialien in der Reihenfolge aufgelistet, in der sie positiv oder negativ geladen werden können.

Da sich Elektronen nicht frei bewegen können, können die beiden Oberflächen lange aufgeladen 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 die statische Aufladung durch das Hinzufügen von Wasser zu Haaren, die durch statische Elektrizität gekräuselt sind, beseitigt. Wasser, das gelöste Ionen enthält - wie es bei Leitungswasser oder Regenwasser der Fall ist - ist elektrisch leitend und entfernt die Ladungen, die sich auf den Haaren angesammelt haben.

Aufladen durch Leitung und Induktion

Leitung bezieht sich auf die Übertragung von Elektronen, wenn Objekte in Kontakt miteinander gebracht werden. Beispielsweise kann eine positiv geladene Oberfläche Elektronen gewinnen, wenn sie ein neutral geladenes Objekt berührt, wodurch das zweite Objekt positiv geladen 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, dass zwei Metallobjekte, A und B, in Kontakt miteinander gebracht werden. 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 bleibt positiv und Objekt B insgesamt negativ geladen.

Quellen

• Biber, John B. und Don Powers. Elektrizität und Magnetismus: Statische Elektrizität, aktuelle Elektrizität und Magnete. Mark Twain Media, 2010.
• Christopoulos, Christos. Prinzipien und Techniken der elektromagnetischen Verträglichkeit. CRC Press, 2007.
• Vasilescu, Gabriel. Prinzipien und Anwendungen von elektronischen Rausch- und Störsignalen. Springer, 2005.