Electrostatica este o ramură a fizicii care se ocupă cu fenomenele și proprietățile sarcinilor electrice staționare sau lente, fără accelerație.
De la fizica clasică s-a cunoscut că unele materiale, cum ar fi chihlimbarul, atrag particulele ușoare după frecare. Cuvântul grecesc pentru chihlimbar, ήλεκτρον electron, a fost sursa a cuvântului „electricitate”. Fenomenele electrostatice sunt generate de forțele pe care sarcinile electrice le exercita între ele. Aceste forțe sunt descrise de legea lui Coulomb. Chiar dacă forțele electrostatice induse par a fi destul de slabe, forța electrostatică dintre de ex. un electron și un proton, care împreună alcătuiesc un atom de hidrogen, este de aproximativ 36 de ordine de mărime mai mare decât forța gravitațională care acționează între ele.
Există multe exemple de fenomene electrostatice, de la cele simple ca atragerea unei folii de plastic de mână după ce o scoţi dintr-un pachet, până la explozia aparent spontană a unor silozuri de cereale, la deteriorarea componentelor electronice în timpul fabricării, şi funcționarea fotocopiatoarelor. Electrostatica presupune acumularea de sarcini pe suprafața obiectelor datorită contactului cu alte suprafețe. Deși schimbul de sarcini se întâmplă ori de câte ori oricare două suprafețe intră în contact și apoi se separă, efectele schimbului de sarcini apar de obicei doar atunci când cel puțin una dintre suprafețe are o rezistență mare la curentul electric. Acest lucru se datorează faptului că sarcinile care se transferă la sau de la suprafața foarte rezistivă rămîn acolo pentru un timp suficient de lung pentru ca efectele lor să se simtă. Aceste sarcini rămân pe obiect până când fie se scurg în pământ, fie sunt neutralizate rapid de o descărcare: de exemplu, fenomenul familiar al unui „șoc” static este cauzat de neutralizarea sarcinilor dintr-un corp prin contactul cu suprafețele izolate.
Serii triboelectrice
Efectul triboelectric este un tip de contact în care anumite materiale devin încărcate electric atunci când acestea sunt aduse în contact cu un material diferit și apoi separate. Unul dintre materialele capătă o sarcină pozitivă, iar celălalt capătă o sarcină negativă egală. Polaritatea și puterea sarcinilor produse diferă în funcție de materiale, de rugozitatea suprafeţelor, temperatură, și alte proprietăți. Chihlimbarul, de exemplu, poate dobândi o sarcină electrică prin frecare cu un material ca de ex. lâna. Această proprietate, observată pentru prima dată de Thales din Milet, a fost primul fenomen electric investigat de către om. Alte exemple de materiale care pot dobândi o sarcină semnificativă atunci când sunt frecate împreună includ sticla frecată cu mătase, și cauciucul dur frecat cu blana.
Generatoare electrostatice
Prezența sarcinilor de suprafaţă în dezechilibru presupune că obiectele vor suferi forțe de atracție sau respingere. Aceste sarcini de suprafaţă în dezechilibru, care produc electricitate statică, pot fi generate prin atingerea a două suprafețe diferite împreună și apoi separarea lor, datorită fenomenelor de electrificare prin contact şi a efectului triboelectric. Frecarea a două obiecte neconductive generează o cantitate mare de electricitate statică. Acest lucru nu este doar rezultatul frecării. Două suprafețe neconductive se pot încărca şi doar prin plasarea unuia deasupra celuilalt. Deoarece cele mai multe suprafețe au o textură aspră, este nevoie de mai mult timp pentru a realiza încărcarea prin contact decât prin frecare. Frecarea obiectelor împreună mărește suprafaţa de contact dintre cele două suprafețe. De obicei izolatoare, adică substanțe care nu conduc electricitatea, sunt bune atât pentru generatoare cât și pentru reţinerea sarcinilor de suprafață. Câteva exemple de astfel de substanțe sunt cauciucul, plastic, sticlă, și ţesutul lemnos. Obiectele conductive doar rareori generează dezechilibre de sarcini, cu excepția, de exemplu, situaţiilor când o suprafață metalică este în contact cu solide sau lichide neconductive. Sarcinile care sunt transferate în timpul electrificării de contactului sunt stocate pe suprafața fiecărui obiect. Generatoare electrice statice, dispozitive care produc o tensiune foarte înaltă la curent foarte mic, și care sunt folosite pentru demonstrații de fizică în clase la şcoli, se bazeaza pe acest efect.
Neutralizarea sarcinilor
Fenomenele electrostatice naturale sunt familiare în sezoanele de umiditate scăzută, dar pot fi distructive și dăunătoare în anumite situații (de exemplu, în aparatura electronică). Atunci când se lucrează în contact direct cu circuitele electronice integrate (MOSFET mai ales), sau în prezența unui gaz inflamabil, trebuie să se evite acumularea și descărcarea bruscă de sarcină statică.
Inducția sarcinilor
Inducția sarcinilor are loc atunci când un obiect încărcat negativ respinge electronii de pe suprafața unui al doilea obiect. Acest lucru creează o regiune în al doilea obiect care se încarcă mai pozitiv. O forță de atracție este apoi exercitată între obiecte. De exemplu, când un balon este frecat, balonul se va lipi de perete datorită unei forțe de atracție care este exercitată de către cele două suprafețe încărcate opus (suprafața peretelui dobândește o sarcină electrică datorită inducției electrice, electronii liberi de la suprafața peretelui fiind respinşi de balonul încărcat negativ, creând o suprafață a peretelui pozitivă, care este ulterior atrasă de suprafața balonului).
Electricitatea „statică”
Înainte de anul 1832, când Michael Faraday a publicat rezultatele experimentului său cu privire la identitatea electricităţii, fizicieni au gândit că „electricitatea statică” este oarecum diferită de alte sarcini electrice. Michael Faraday a demonstrat că energia electrică indusă de magnet, energia electrică voltaică produsă de o baterie, și electricitatea statică, sunt toate la fel.
Electricitatea statică apare de obicei atunci când anumite materiale sunt frecate unul împotriva celuilalt, cum ar fi lâna de plastic, sau tălpile de pantofi de covor. Procesul face ca electronii să fie extraşi de pe suprafața unui material și mutaţi pe suprafața altui material.
Un șoc static apare atunci când suprafața celui de-al doilea material, încărcată negativ cu electroni, atinge un conductor încărcat pozitiv, sau vice-versa.
Electricitatea statică este frecvent utilizat în xerografie, la filtre de aer, precum și la unele vopsele auto. Electricitatea statică este o acumulare de sarcini electrice pe două obiecte care apoi s-au separat unele de altele. Componentele electrice mici pot fi ușor deteriorate de electricitatea statică. Producătorii de componente utilizează anumite dispozitive antistatice pentru a evita acest lucru.
Traducere şi adaptare din Wikipedia.
Lasă un răspuns