Электризация - удивительное и загадочное явление природы, которое мы наблюдаем повсеместно, но далеко не всегда задумываемся о его сущности. Давайте разберемся, что представляет собой электризация, какие существуют ее виды и примеры, каковы причины и следствия этого феномена. Узнаем много нового и полезного!
Определение электризации
Электризация это явление, которое заключается в перераспределении электрических зарядов между телами. Оно известно человечеству с древних времен - еще древние греки замечали, что натертый янтарь притягивает легкие предметы. Однако научное изучение феномена электризации началось только в Новое время.
Первые серьезные опыты по электризации различных тел проводил английский ученый Уильям Гильберт в 16-м веке. Однако Гильберт не смог наэлектризовать металлические предметы и решил, что это невозможно.
В 18-м веке французский исследователь Шарль Дюфе открыл существование двух видов электрических зарядов, которые в дальнейшем назвали положительными и отрицательными. А уже в 20-м веке была раскрыта природа этих зарядов и механизм явления электризации.
Итак, современная наука дает следующее определение: электризация - это явление перераспределения электрических зарядов между телами при их контакте. В результате нейтральные ранее тела приобретают избыток положительных или отрицательных зарядов.
Два рода электрических зарядов
Как уже было указано, существуют два принципиально разных электрических заряда:
- Положительный заряд. Его носителями являются положительно заряженные ионы или протоны.
- Отрицательный заряд. Его носителями служат отрицательно заряженные ионы и электроны.
Между положительными и отрицательными зарядами действуют два разных принципа взаимодействия:
- Одноименные заряды отталкиваются.
- Разноименные заряды притягиваются.
Эти принципы лежат в основе любых электрических явлений, в том числе и электризации процесса перетекания зарядов с одного тела на другое. Рассмотрим подробнее, каким именно образом происходит электризация тел.
Основные способы электризации тел
Существует несколько основных способов, с помощью которых можно электризовать нейтральные тела и сообщить им избыточный положительный или отрицательный заряд:
- Электризация трением - самый распространенный способ. При трении двух разнородных тел происходит их контакт и обмен электронами между атомами веществ. Одно из тел отдает часть своих электронов, другое их получает.
- Электризация соприкосновением возможна, если хотя бы одно из взаимодействующих тел уже предварительно заряжено. При контакте часть его заряда перетекает на другое тело.
- При электризации индукцией используется заряженное тело, которое своим электрическим полем наводит разделение зарядов на соседних нейтральных проводниках или диэлектриках, не касаясь их.
- Существуют и другие способы электризации, такие как воздействие света, изменение давления или температуры, химические реакции. Они используются реже, чем описанные выше.
Некоторые интересные примеры электризации из повседневной жизни:
- Если быстро снять свитер из шерсти, волосы встают дыбом от статического электричества, образовавшегося при трении одежды о тело.
- Молнии в грозу - грандиозные электрические разряды, возникающие при электризации частиц воздуха в облаках.
- Копировальные аппараты и принтеры могут электризовать бумагу при ее движении и нагреве. Отсюда известный эффект "липкой" распечатки.
Как видим, электризация - это повсеместное явление, которое часто происходит вокруг нас, даже когда мы этого не замечаем. Электризация имеет важнейшее значение в природе и технике. Поговорим теперь о необходимых для нее условиях.
Условия возникновения электризации
Чтобы между телами мог произойти обмен электрическими зарядами и наступить явление электризации, необходимо выполнение следующих условий:
- Наличие как минимум двух разнородных тел, атомы которых обладают существенно разной энергией связи электронов с ядрами.
- Тесный контакт этих тел, чтобы атомы в зоне их соприкосновения могли как можно ближе взаимодействовать.
Только при выполнении обоих условий возможен обмен электронами и получение избыточных зарядов телами в результате процесса перераспределения частиц.
На этом можно завершить первую половину нашей статьи об электризации. Во второй части мы поговорим о практическом применении этого явления в технике и повседневной жизни.
Свойства и применение статического электричества
Электрические заряды, возникающие на телах при электризации, называются статическим электричеством. Для него характерны следующие особенности:
- Заряд не перемещается по поверхности или внутри тела, а локализован в том месте, где возник.
- Со временем происходит постепенная нейтрализация заряда.
- При наличии возможности происходит разряд - быстрая нейтрализация накопленного заряда.
Статическое электричество широко используется в технике и быту:
Применение статики в технике
- Электростатические фильтры очистки воздуха
- Защита электронных компонентов от статических разрядов
- Электрографическая печать и фотокопирование
- Электростатическое напыление (покраска, металлизация поверхностей)
Использование в быту
- Привлечение пыли в бытовые пылесосы за счет статики
- Крепление легких предметов (картин, чертежей) на стены
- Снятие натяжения синтетических тканей перед стиркой
Законы электризации
Два важнейших физических закона, описывающих явление электризации:
- Закон Кулона - определяет силу взаимодействия между двумя заряженными телами.
- Закон сохранения электрического заряда - при любых перераспределениях зарядов сумма всех зарядов в замкнутой системе остается неизменной.
Эти закономерности универсальны, действуют на всех уровнях микро- и макромира и позволяют описать любые электрические явления, в том числе различные случаи электризации тел.
Опасности статического электричества и защита
Несмотря на полезность, электрические заряды могут быть и опасны:
- Удар током при прикосновении к заряженному проводнику
- Зажигание горючих паров и пыли
- Выход из строя чувствительных электронных устройств
Для предотвращения нежелательных последствий статического электричества применяют:
- Заземление оборудования
- Ионизацию воздуха
- Использование антистатических материалов
- Увлажнение воздуха
Электризация в природных явлениях
В заключение отметим важную роль процесса электризации в некоторых природных явлениях на нашей планете:
- Грозовые разряды молний в атмосфере
- Полярные сияния
- Электрические разряды при извержении вулканов
- Свечение верхних слоев атмосферы
Масштабы и энергия этих явлений гораздо выше, чем при искусственной электризации, но их природа едина и подчиняется тем же законам переноса и взаимодействия электрических зарядов.
