- Загальні відомості Як не дивно, але ми стикаємося зі статичною електрикою щодня - коли гладимо улюблену...
- Статичну електрику і погода
- Статичну електрику в медицині
- інші приклади
- Вивчення статичної електрики
- Вимірювання електрики
Загальні відомості
Як не дивно, але ми стикаємося зі статичною електрикою щодня - коли гладимо улюблену кішку, розчісували волосся або натягуємо светр з синтетики. Так ми самі мимоволі стаємо генераторами статичної електрики. Ми буквально купаємося в ньому, адже ми живемо в сильному електростатичному поле Землі. Це поле виникає через те, що її оточує іоносфера, верхній шар атмосфери - електропровідний шар. Іоносфера утворилася під дією космічного випромінювання і має свій заряд. Займаючись буденними справами на кшталт розігріву їжі, ми абсолютно не замислюємося про те, що користуємося статичною електрикою, повернувши кран подачі газу на пальнику з автоподжиг або піднісши до неї електрозапальничкою.
Приклади статичної електрики
Грози на Землі. Вид з Міжнародної космічної станції. Фотографії НАСА.
Ми з дитинства інстинктивно боїмося грому, хоча сам по собі він абсолютно безпечний - просто акустичне наслідок грізного удару блискавки, яка і викликана атмосферним статичною електрикою. Моряки часів вітрильного флоту впадали в священний трепет, спостерігаючи вогники святого Ельма на своїх щоглах, які теж є проявом атмосферного статичної електрики. Люди наділяли верховних богів давніх релігій невід'ємним атрибутом у вигляді блискавок, будь то грецький Зевс, римський Юпітер, скандинавський Тор або Перун русичів.
Літак Air Canada на землі під час заправки
З тих пір, як люди вперше почали цікавитися електрикою, пройшли століття, і ми навіть часом не підозрюємо, що вчені, зробивши з вивчення статичної електрики глибокодумні висновки, рятують нас від жахів пожеж і вибухів. Ми приборкали електростатики, націливши в небо піки громовідводів і забезпечивши бензовози заземлюючими пристроями, що дозволяють електростатичним зарядам безпечно йти в землю. І, тим не менш, статичну електрику продовжує хуліганити, створюючи перешкоди прийому радіосигналів - адже на Землі одночасно бушує до 2000 гроз, які щомиті генерують до 50 розрядів блискавок.
Дослідженням статичної електрики люди займалися з незапам'ятних часів; навіть терміну «електрон» ми зобов'язані древнім грекам, хоча вони мали на увазі під цим дещо інше - так вони називали бурштин, який прекрасно електризуватися при терті (ін. - грец. ἤλεκτρον - бурштин). На жаль, наука про статичному електриці не обійшлася без жертв - російський вчений Георг Вільгельм Рихман під час проведення експерименту був убитий розрядом блискавки, яка є найбільш грізним проявом атмосферного статичної електрики.
Статичну електрику і погода
У першому наближенні, механізм утворення зарядів грозової хмари багато в чому схожий з механізмом електризації гребінця - в ньому точно так же відбувається електризація тертям. Крижинки, утворюючись з дрібних крапельок води, охолодженої через перенесення висхідними потоками повітря у верхню, більш холодну, частина хмари, стикаються між собою. Більші крижинки заряджаються при цьому негативно, а менші - позитивно. Через різницю у вазі відбувається перерозподіл крижинок в хмарі: великі, більш важкі, опускаються в нижню частину хмари, а більш легкі крижинки меншого розміру збираються в верхній частині грозової хмари. Хоча все хмара в цілому залишається нейтральним, нижня частина хмари отримує негативний заряд, а верхня - позитивний.
Франклін на стодолларовой купюрі
Подібно наелектризованої гребінці, що притягає повітряну кульку через індукування на його ближній до гребінця стороні протилежного заряду, грозова хмара індукує на поверхні Землі позитивний заряд. У міру розвитку грозової хмари, заряди збільшуються, при цьому зростає напруженість поля між ними, і, коли напруженість поля перевищить критичне значення для даних погодних умов, відбувається електричний пробій повітря - розряд блискавки.
На бога сподівайся, а про блискавковідвід не забувай!
Людство зобов'язане Бенджаміну Франкліну - згодом президенту Вищого виконавчої ради Пенсільванії і першому Генеральному поштмейстера США - за винахід громовідводу (точніше було б назвати його блискавковідводом), назавжди позбавив населення Землі від пожеж, викликаних попаданням блискавок в будівлі. До речі, Франклін не став патентувати свій винахід, зробивши його доступним для всього людства.
Не завжди блискавки несли тільки руйнування - уральські рудознатци визначали розташування залізних і мідних руд саме по частоті ударів блискавок в певні точки місцевості.
Лейденські банки в експозиції Канадського музею науки і техніки
У числі вчених, які присвятили своє час дослідження явищ електростатики, необхідно згадати англійця Майкла Фарадея, згодом одного із засновників електродинаміки, і голландця Пітера ван Мушенбрук, винахідника прототипу електричного конденсатора - знаменитої лейденськоїбанки.
Спостерігаючи за гонками DTM, IndyCar або Formula 1, ми навіть не підозрюємо, що механіки зазивають пілотів для зміни гуми на дощову, спираючись на дані метеорологічних РЛС. А ці дані, в свою чергу, засновані саме на електричних характеристиках підступають грозових хмар.
Метеорологічна РЛС в аеропорту ім. Пірсона, Торонто
Статичну електрику - наш друг і ворог одночасно: його недолюблюють радіоінженери, натягуючи заземлюючі браслети при ремонті згорілих плат в результаті удару поблизу блискавки - при цьому, як правило, виходять з ладу вхідні каскади обладнання. При несправному заземляющем обладнанні воно може стати причиною важких техногенних катастроф з трагічними наслідками - пожеж і вибухів цілих заводів.
Статичну електрику в медицині
Проте, воно приходить на допомогу людям при порушеннях серцевого ритму, викликаних хаотичними судорожними скороченнями серця хворого. Його нормальна робота відновлюється пропусканням невеликого електростатичного розряду за допомогою приладу, званого дефібрилятором. Сцена повернення пацієнта з того світла за допомогою дефібрилятора є свого роду класикою для кіно певного жанру. При цьому слід зазначити, що в кіно традиційно показують монітор з відсутнім сигналом серцебиття і зловісної прямою лінією, хоча насправді застосування дефібрилятора не допомагає, якщо серце пацієнта зупинилося.
Розрядники на крилі літака Boeing 738-800 призначені для зняття статичної електрики для забезпечення надійної роботи бортового електронного обладнання.
інші приклади
Не зайвим буде згадати про необхідність металізації літаків для захисту від статичної електрики, тобто, з'єднання всіх металевих частин літака, включаючи двигун, в одну електрично цілісну конструкцію. На закінцівках всього оперення літака встановлюють статичні розрядники для стікання статичної електрики, що накопичується під час польоту внаслідок тертя повітря про корпус літака. Ці заходи необхідні для захисту від перешкод, що виникають при розряді статичної електрики, і забезпечення надійної роботи бортового електронного обладнання.
Електростатика грає певну роль в знайомстві учнів з розділом «Електрика» - більш ефектних дослідів, мабуть, не знає ні один з розділів фізики - тут тобі і волосся, що постали дибки, і гонитва повітряної кульки за гребінцем, і таємниче світіння люмінесцентних ламп без жодного підключення проводів! Але ж цей ефект світіння газонаповнених приладів рятує життя електромонтером, що мають справу з високою напругою в сучасних лініях електропередач і розподільних мережах.
І найголовніше, вчені прийшли до висновку, що статичної електрики, точніше його розрядами у вигляді блискавок, ми, ймовірно, зобов'язані появі життя на Землі. В ході експериментів в середині минулого століття, з пропущенням електричних розрядів через суміш газів, близьку за складом до первинного складу атмосфери Землі, була отримана одна з амінокислот, яка є «цеглинкою» нашого життя.
Джерела безперебійного живлення (ДБЖ) використовуються для захисту обладнання від провалів напруги, пропажі електроживлення і імпульсів високої напруги в промислової електромережі, які можуть виникати під час непрямих ударів блискавок
Для приборкання електростатики дуже важливо знати різницю потенціалів або електрична напруга, для вимірювання якого придумані прилади, які називаються вольтметрами. Ввів поняття електричної напруги італійський вчений 19-го століття Алессандро Вольта, на ім'я якого і названа ця одиниця. Свого часу для вимірювання електростатичного напруги використовувалися гальванометри, названі по імені співвітчизника Вольта Луїджі Гальвані. На жаль, ці прилади електродинамічного типу вносили спотворення в виміри.
Вивчення статичної електрики
До систематичного вивчення природи електростатики вчені приступили з часів робіт французького вченого 18-го століття Шарля Огюстена де Кулона. Зокрема, він ввів поняття електричного заряду і відкрив закон взаємодії зарядів. За його імені названа одиниця вимірювання кількості електрики - кулон (Кл). Правда, заради історичної справедливості, треба зауважити, що роками раніше цим займався англійський учений лорд Генрі Кавендіш; на жаль, він писав до шухляди і його роботи були опубліковані спадкоємцями лише через 100 років.
Роботи попередників, присвячені законам електричних взаємодій, дали можливість фізикам Джорджу Гріну, Карлу Фрідріху Гаусу і Симеону Дені Пуассону створити витончену в математичному відношенні теорію, якої ми користуємося дотепер. Головним принципом в електростатики є постулат про електрон - елементарної частинки, що входить до складу будь-якого атома і легко відділяється від нього під впливом зовнішніх сил. Крім цього, діють постулати про відштовхуванні однойменних зарядів і притягнення різнойменних.
Вимірювання електрики
Цифровий мультиметр, що дозволяє вимірювати струм, напруга, опір і перевіряти транзистори.
Одним з перших вимірювальних приладів з'явився найпростіший електроскоп, винайдений англійським священиком і фізиком Абрахамом Беннет - два листочка золотий електропровідною фольги, поміщені в скляну ємність. З тих пір вимірювальні прилади значно еволюціонували - і тепер вони можуть вимірювати різницю в одиниці нанокулон. За допомогою особливо точних фізичних інструментів, російський учений Абрам Йоффе і американський фізик Роберт Ендрюс Міллікен зуміли виміряти електричний заряд електрона
Нині, з розвитком цифрових технологій, з'явилися надчутливі і високоточні прилади з унікальними характеристиками, які, завдяки високому вхідному опору, майже не вносять перекручувань в вимірювання. Крім вимірювання напруги такі прилади дозволяють вимірювати і інші важливі характеристики електричний ланцюгів, таких, як омічний опір і протікає струм в широкому діапазоні вимірювань. Найбільш просунуті прилади, які називаються через їх багатофункціональності мультиметр, або, на професійному жаргоні, тестерами, дозволяють вимірювати також і частоту змінного струму, ємність конденсаторів і здійснювати перевірку транзисторів і навіть вимірювати температуру.
Як правило, сучасні прилади мають вбудований захист, що не дозволяє вивести прилад із ладу при неправильному застосуванні. Вони компактні, прості у використанні і абсолютно безпечні в роботі - кожен з них проходить через ряд випробувань на точність, перевіряється у важких режимах роботи і заслужено отримує сертифікат безпеки.
література
Автор статті: Сергій Акішкін
Ви маєте труднощі в перекладі одиниці виміру з однієї мови на іншу? Колеги готові вам допомогти. Опублікуйте питання в TCTerms і протягом декількох хвилин ви отримаєте відповідь.
Розрахунки для перекладу одиниць в конвертері «Конвертор електричного заряду» виконуються за допомогою функцій unitconversion.org .
