Уверен, что ответ на этот вопрос знают практически все, кто хоть немного знаком с электрическими явлениями. Пластик, как и другие диэлектрики, в результате взаимодействия с жидкостью может накапливать электрический заряд, который, при определенных условиях может высвобождаться в виде разряда, способного поджечь горючее вещество.
Почему так происходит? Откуда берется электричество на поверхностях диэлектриков, вы узнаете из этой статьи.
Электризация тел
Древние греки заметили, что янтарь (греческое название «электрон») при контакте с шерстью начинает притягивать мелкие предметы, например пылинки или крохотные бузиновые шарики. При прикосновении к такому янтарю пальцами рук, слышны потрескивания, а в темноте видно проскакивание искр. Позже этому явлению дали название электризации.
Объяснить электризацию тел ученые смогли лишь столетия спустя, после того, как физикам пришло понимание того, что атом не является элементарным кирпичиком вещества, а состоит из еще более мелких частиц, являющихся носителями электрических зарядов. В 1911 году Эрнест Резерфорда на опытах доказал существование элементарно заряженных частиц и предложил знаменитую ядерную модель атома. Он обосновал существование ядра в центре атома, вокруг которого вращаются электроны.
Модель атома
Эту модель еще называют планетарной, так как она похожа на строение Солнечной системы, в центре которой находится Солнце, вокруг которого вращаются планеты, включая нашу Землю.
В модели Резерфорда ядро имеет положительный заряд, а электроны, вращающиеся вокруг ядра, являются носителями отрицательных зарядов. Их изображают в виде шариков, расположенных на концентрических орбиталях.
Позже выяснилось, что ядро состоит из более мелких частиц – протонов (положительный заряд) и нейтронов (не несущих заряда). Эти частички также стали изображать в виде шариков. Поэтому модель атома Резерфорда часто изображают так, как на картинке ниже.
Справедливости ради заметим, что реальное строение атома лишь отдаленно напоминает описанную выше модель. Разумеется, никаких шариков в атоме не существует, а движение электронов совершенно не похоже на движение планет. Но предложенная упрощенная модель Резерфорда позволяет достаточно наглядно объяснять многие электрические явления и ею пользуются по сей день.
Фотография атома водорода выглядит так:
Это фото сделано с помощью электронного микроскопа, а изображение смоделировано компьютерной программой. Оно очень близко к реальности, но, все-таки, условно передает нам истинный вид простейшего атома.
Для объяснения электрических явлений мы будем пользоваться ядерной моделью атома, помня, что это очень упрощенное изображение, применяемое для наглядности.
Ядро атома имеет положительный заряд. Величина этого заряда определяется количеством протонов (носителей положительных зарядов). Электроны заряжены отрицательно. Суммарный заряд электронов равен заряду ядра, но противоположен по знаку. Эти разноименные заряды уравновешивают друг друга, поэтому атом в целом нейтрален.
Ионы
Между разноименными зарядами действуют силы притяжения, которые не позволяют электрону покинуть свои орбитали. Однако, в некоторых веществах, например у металлов, удаленные от ядра электроны могут оставлять свои орбиты и свободно блуждать между атомов. Их называют свободными электронами. Атом, потерявший электрон, превращается в положительный ион (положительный заряд ядра преобладает над зарядом электронов).
Бывает так, что связи между ядром и электронами очень прочные. Такие атомы способны захватывать «чужие» электроны, превращаясь в отрицательный ион.
Положительный
Электризация
Если соприкасаются два вещества, одно из которых состоит из атомов с прочными атомными связями, а другое – со слабыми, то происходит интересное явление. Атом с сильными связями захватывает электрон у соседа, который «слабо держится» своего ядра. В результате таких взаимодействий одно тело насыщается электронами (отрицательными зарядами), а другое теряет отрицательные заряды, насыщаясь положительно заряженными ионами. Если эти тела отделить друг от друга, то у каждого из них останется заряд – у одного положительный, а у другого – отрицательный (избыток электронов). В таких случаях говорят, что тела наэлектризованы.
Процесс электризации происходит интенсивно, если поверхности тел потереть. Например, эбонитовую палочку можно наэлектризовать трением о шерсть. Эбонит при этом зарядится отрицательно, а шерсть – положительно. Аналогичным способом можно наэлектризовать стеклянную палочку о шелковый лоскут. Стекло получит положительный заряд, а шелк – отрицательный.
Как убедиться в том, что тела наэлектризованы?
Самый простой способ проверки – поднести наэлектризованный предмет к мелким предметам, например к крохотным клочкам бумаги. Вы сразу заметите, что бумажки притягиваются, а через некоторое время отскакивают от поверхности тела. Отталкивание происходит потому, что заряд передается к бумаге. Частички получают часть заряда того же знака, что приводит к отталкиванию.
Интересно то, что заряд передается не только при непосредственном контакте поверхностей, но и через проводник. Если наэлектризованное тело соединить металлическим стержнем с другим предметом, то часть заряда перейдет от наэлектризованного тела к другому телу. Обеспечивают перенос заряда свободные электроны проводника.
Степень заряда можно оценить с помощью прибора – электроскопа. По углу отклонения лепестков прибора можно сделать вывод о количестве заряда накопленного на поверхности тела.
Количественную оценку заряда можно получить с помощью электрометра. У этого прибора есть стрелка и шкала. По делениям шкалы определяют уровень заряда.
Статическое электричество
Заряд на поверхности тел называют статическим электричеством. Статическое электричество накапливается при трении с воздухом, с жидкостями, в результате передачи от одного тела к другому и даже при взаимодействии с электромагнитными полями.
Если статического электричества накапливается достаточно много, то существует вероятность разряда при приближении к заземленным поверхностям. Разряд сопровождается мощной искрой, способной поджечь легковоспламеняющиеся вещества.
Статическое электричество является причиной вывода из строя чувствительных электронных деталей, если они не защищены. Благодаря тому, что заряд накапливается на поверхности предметов, защита электронных плат при транспортировке выполняется путем помещения их в специальную антистатическую упаковку. На производстве электронных изделий оборудование заземляют, а персонал носит специальную одежду, по которой статическое электричество стекает на землю.
Примером мощного разряда в природе является молния. Грозовые облака электризуются и накапливают мощный заряд, который при достижении критического уровня молнией ударяет в землю.