Statická elektřina

Cíl lekce:

Žáci dokáží popsat, co je to statická elektřina, kde a jak statická elektřina vzniká, znají její výskyt a využití v každodenním životě.

Zeptejte se Vašich dětí:

Jak se vyrábí elektřina?
Jak vzniká statická elektřina?
Jak se můžeme statické elektřině bránit?

Elektřina

Elektřina, resp. el. proud je výsledkem proudění elektronů mezi atomy nějaké látky. Látky, které vedou el. proud se označují jako vodivé, ty které proud nevedou, jako nevodivé.

Elektřina se dá také označit jako druh energie, která se dokáže v jednom místě nahromadit, nebo z jednoho místa na druhé proudit.

Elektřina, která se pohybuje z jednoho místa na druhé, se nazývá elektrický proud, zatímco elektřina nahromaděná na jednom místě se nazývá statická elektřina.

Už ve starověkém Řecku filozof Thales pozoroval přitažlivé síly vznikající jako následek tření jantaru. Řecké slovo pro jantar - ?λεκτρον (elektron), se posléze stalo zdrojem pro novější slovo "elektřina".

Elektrický proud
Obrázek ???????? ?????? od Outcaster (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons

Model atomu uhlíku
Obrázek atom diagram od Fastfission [CC-BY-SA-3.0 nebo GFDL], from Wikimedia Commons

Statická elektřina

Statická elektřina je označení pro jevy, které jsou způsobeny nashromážděním elektrického náboje na povrchu různých těles a předmětů a jejich výměnou při vzájemném kontaktu. Pokud materiál obsahuje elektrický náboj (ať už kladný nebo záporný), je elektrostaticky nabitý. Náboj se poté může předat z jednoho tělesa na druhé dotykem nebo sršením či výbojem.

Statický náboj vzniká při styku a opětovném oddělení dvou materiálů, nebo jejich třením. Třením se totiž atomům jednoho předmětu odebírají elektrony a převažuje v něm pak kladný náboj, zatímco v druhém předmětu elektrony přibydou, a proto je záporně nabitý.

Van de Graaffův generátor
Obrázek Static Hair od The Bakken Museum [CC BY-SA 2.0], via Flickr

Statická elektřina způsobuje blesky, což jsou přírodní elektrostatické výboje, které vznikají při bouřkách tak, že se částečky vody a ledu v bouřkových mracích vzájemnými srážkami nabíjejí statickou elektřinou. Je-li náboj dost velký, prorazí si elektřina cestu atmosférou a nastává výboj v podobě blesku. Nepříjemně může působit statická elektřina při nošení textilií z umělých vláken, které se "lepí" na spodní prádlo, při chození po kobercích z umělých vláken apod. Stačí pak např. dotyk ruky s předmětem, kdy dojde k nepříjemnému vybití náboje a někdy i k přeskočení jiskry. Bránit se můžeme používáním vhodnějších textilních materiálů, které neobsahují umělá vlákna. Při svlékání problematických kusů oblečení se můžeme vodivě uzemnit dotykem ruky s vhodným kovovým předmětem (topení, zárubně dveří apod.). Při vystupování z auta se před vystoupením chytneme karoserie, abychom při zavírání dveří nedostali "ránu". Z aut bývá elektrický náboj vzniklý třením odváděn přes pneumatiky do země. Pokud se chceme zbavit elektrostatického náboje, který získáme třením o podlahu či čalounění, pak v místnostech udržujeme vhodnou vlhkost vzduchu, se kterou se statická elektřina příliš nekamarádí.

Blesk
(Obrázek Lightning in Arlington od Postdlf [GFDL nebo CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons)

Demonstrace elektrostatické síly
Obrázky Static Electricity od Tess Watson [CC BY 2.0], via Flickr; Balloon (upravené) od jgm104 [Public Domain],via openclipart; Foto0172 od karabekirus[CC BY-SA 2.0],via Flickr

Elektrostatické přitažlivé síly jsou využívány v xerografii (v kopírkách a laserových tiskárnách) nebo v elektrostatických odlučovačích (filtrech) např. u průmyslových kouřovodů.

Příklad využití statické elektřiny:

kopírka - světlo se odráží od předlohy a na nabitém světlocitlivém válci vzniká její elektrostatický obraz, který se zviditelní tonerem a přetiskne na papír
laserová tiskárna - má podobnou konstrukci jako kopírka, obraz písmen se na světlocitlivém válci vykresluje laserovým paprskem
obrazové čipy - používají se v digitálních fotoaparátech a kamerách, na ploše čipu vzniká elektrostatický obraz předmětu a zpracovává se elektronikou přístroje
elektrostatický filtr (odlučovač) - částice prachu v kouřových plynech se silným elektrickým polem nabíjejí a usazují se na opačně nabitých elektrodách
elektrostatické lakování - nabité částečky rozptýlené barvy jsou přitahovány opačně nabitým povrchem lakovaného předmětu a vytvářejí velmi kvalitní nátěr, např. automobilových karosérií
urychlovače - nabité částice (protony, ionty) jsou urychlovány silným elektrostatickým polem a získávají přitom velkou energii, která se dá využít k různým jaderným reakcím (jeden z nejdůležitějších přístrojů jaderné fyziky).

Kopírka
(Obrázek Laser Printer (cutaway diagram) od Welleman (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons)

Pokud vás téma zaujalo a chcete se dozvědět více: