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정전기 : 원리, 현상 및 응용

풍선에서 벽에 달라 붙는 스파크에 이르기까지 정적 전기는 당신 주위에 있습니다.이 기사는 정적 전기가 어떻게 형성되는지, 작동 방식 및 일상 생활에서 나타나는 위치를 설명합니다.또한 인쇄 및 청소부터 농업 및 포장, 효과를 관리하거나 줄이는 방법과 함께 많은 응용 프로그램을 볼 수 있습니다.

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그림 1. 정적 전기

정전기 란 무엇입니까?

정전기는 재료 표면에 전하가 축적 된 것입니다.두 개의 다른 재료가 접촉 한 다음 분리되어 전자의 불평등 한 분포가 발생할 때 발생합니다.전자를 잃는 물체는 양으로 하전되는 반면 전자를 얻는 물체는 음으로 하전됩니다.이 불균형은 많은 간단한 상호 작용에서 관찰 될 수있는 매력과 반발의 힘을 생성합니다.

정전기에 대한 인식은 고대로 거슬러 올라갑니다.기원전 600 년경, Miletus의 탈레스는 문지른 호박색이 빨대 나 깃털과 같은 가벼운 물체를 끌어들일 수 있음을 관찰했습니다.18 세기에 Charles Dufay는 재료가 두 가지 전기 유형으로 분류 될 수 있음을 보여 주었고 Benjamin Franklin은 나중에 양수와 음전하라는 용어를 도입했습니다.이러한 기여는 현대적인 정전기 연구의 토대를 마련했습니다.

어떻게 작동합니까?

그림 2. 풍선 정적 전하

정전기에 대한 설명은 물질의 원자 구조에 뿌리를두고 있습니다.원자는 세 가지 1 차 입자의 양성자 (양으로 하전), 중성자 (차전되지 않은) 및 전자 (음의 하전)로 구성됩니다.전자는 양성자 및 중성자에 비해 단단히 결합되기 때문에 한 물질에서 다른 물질로 이동할 수 있습니다.이 운동은 정전기가 발생하는 이유를 설명합니다.

두 물체가 함께 문지르면 전자가 전달되어 충전의 불균형이 발생합니다.이 과정을 트리 보전 효과라고합니다.각 재료는 전자를 얻거나 잃는 경향이 다르기 때문에 왁스가 달린 실크 또는 양모로 유리를 문지르면 다른 양의 전하가 생성됩니다.

반대 충전이있는 물체는 유치하는 반면, 동일한 전하가있는 물체는 격퇴합니다.이 원리는 벽에 달라 붙는 풍선이나 건조 후 함께 달라 붙는 것과 같은 친숙한 효과를 설명합니다.

정전기의 응용

정적 전기는 인쇄 및 제조에서 항공 시스템 및 실험실 연구에 이르기까지 많은 분야에 적용됩니다.일상 생활에서 작은 효과처럼 보일 수있는 것은 제어 할 때 유용한 도구가됩니다.

Xerographic 인쇄 및 복사

그림 3. Xerographic 인쇄 프로세스

Xerography는 정적 전하를 사용하여 종이에 이미지를 생성합니다.이 과정에서, 광전도 드럼이 충전 된 다음 원본 문서에서 반사 된 빛에 노출된다.빛은 특정 영역의 전하를 제거하여 토너 입자를 끌어들이는 패턴을 남깁니다.가열 및 압력은 토너를 종이에 융합하여 영구 사본을 만듭니다.이 원칙은 대부분의 복사기 및 레이저 프린터의 기초로 남아 있습니다.

정전기 그림

그림 4. 정전기 회화 과정

코팅 효율을 향상시키기 위해 산업화에 정전기력이 사용됩니다.페인트 액 적에게 전하가 제공되고 반대 전하가있는 표면을 향해 분사됩니다.충전 간의 매력은 균일 한 적용 범위를 보장하고 오버 스프레이를 줄이며 페인트 폐기물을 최소화합니다.이 방법은 자동차 제조 및 기기 마감에 널리 사용됩니다.

정전기 공기 여과

그림 5. 정전기 공기 여과

공기 청소 시스템은 종종 정전기 필터에 의존하여 미세 입자를 캡처합니다.공중 먼지, 꽃가루 및 미생물은 시스템을 통과 할 때 충전됩니다.이어서, 하전 된 입자는 반대로 하전 된 수집기 플레이트로 끌어 당겨 갇힌 상태로 유지된다.이 프로세스는 주거 및 산업 환경에서 대기 질을 향상시킵니다.

Van de Graaff 생성기

그림 6. Van de Graaff 생성기

Van de Graaff 발전기는 큰 정적 충전을 축적하도록 설계된 실험실 장치입니다.연속적으로 충전을 중공 금속 돔으로 전달하여 매우 높은 전압을 생성하는 이동 벨트를 사용하여 작동합니다.이 발전기는 물리 실험에 사용되어 전기 방전을 연구하고 정전기의 원리를 대규모로 보여줍니다.

잉크젯 인쇄

그림 7. 잉크젯 프린터

일부 잉크젯 프린터는 잉크 액 적의 배치를 제어하기 위해 정전기력을 사용합니다.액 적을 충전하고 전기장으로 지시함으로써 시스템은 종이에 잉크를 정확하게 적용 할 수 있도록합니다.이를 통해 고해상도가 높은 자세한 텍스트 및 이미지를 제작할 수 있습니다.

정전기 먼지 및 청소

그림 8. 정전기 먼지 도구

정전기는 청소 도구에도 적용됩니다.특정 먼지 장치는 정적 전하를 사용하여 보풀 및 먼지와 같은 작은 입자를 유치합니다.이 효과는 화학 스프레이없이 표면을 청소할 수있게하여 효율적이고 편리합니다.

농업 분무

그림 9. 정전기 농업 분무

농업에서 정전기 분무는 살충제와 비료의 분포를 향상시킵니다.액체 액 적은 노즐을 떠날 때 전기적으로 전하되어 더 고르게 퍼지고 식물 표면에 강하게 부착됩니다.이것은 화학 폐기물을 줄이고 작물 보호의 효과를 증가시킵니다.

포장 및 본딩

그림 10. 정전기 포장 및 결합

정전기는 때때로 포장 공정을 지원하는 데 사용됩니다.충전 된 재료는 일시적으로 준수 할 수 있으므로 생산 중에 제품을 쉽게 정렬하고 밀봉 할 수 있습니다.경우에 따라, 영구 접착제 또는 열처리가 사용되기 전에 정전기 결합이 층을 함께 유지하기 위해 적용된다.

대규모 정전기로서의 번개

번개는 뇌우 중에 발생하는 정전기의 대규모 배출입니다.폭풍 구름 내에서 얼음, 물방울 및 그라우 펠 사이의 충돌은 별도의 충전을 별개의 지역으로 분리합니다.이것은 공기의 절연 특성을 분해 할만 큼 강한 전기장을 만듭니다.

필드가 충분히 강렬 해지면 이온화 된 채널이 형성됩니다.아래쪽으로 움직이는 리더는 클라우드에서 확장되는 반면 양의 깃발은지면에서 상승합니다.이러한 경로가 연결되면 강력한 전기 방전이 이어지면 가시가 번쩍이는 번개가 발생합니다.조건에 따라이 방전은 단일 구름 내부, 구름 사이 또는 구름과지면 사이에서 발생할 수 있습니다.

번개 타격의 거대한 전류는 주변 공기를 매우 높은 온도로 가열하여 갑자기 팽창합니다.이 빠른 팽창은 썬더로 들리는 충격파를 생성합니다.플래시와 사운드는 함께 대규모 정전기가 대기에 직접 영향을 미치는지 보여줍니다.

역사적 연구는이 현상에 대한 비판적인 통찰력을 제공했습니다.1745 년에 Leyden Jar는 정적 전하를 저장하기 위해 개발되어 과학자들이 통제 된 환경에서 강력한 배출을 연구 할 수있었습니다.1752 년 벤자민 프랭클린은 연 실험을 통해 번개의 전기적 특성을 확인했습니다.얼마 지나지 않아 그는 전기 에너지를 안전하게지면으로 수로로 수로하여 건물 및 기타 구조물의 손상의 위험을 줄이는 실용적인 장치 인 Lightning Rod를 도입했습니다.

정전기 충격의 본질

그림 11. 정전기 충격

재료 나 표면에 저장된 전하가 갑자기 다른 물체 나 접지로 방출 될 때 정전기 충격이 발생합니다.이러한 방전과 관련된 전압은 극도로 높을 수 있으며 종종 수천 볼트에 도달하지만 전달 된 총 에너지는 여전히 매우 작습니다.이것은 왜 그러한 충격이 날카 롭거나 놀랍다 고 느낄 수 있지만 일반적으로 무해한 이유를 설명합니다.

정전기 방전의 정의 특징은 매우 짧은 기간입니다.전하 방출은 일반적으로 마이크로 초만 지속되며, 이는 많은 양의 에너지가 전달되는 것을 방지합니다.전압이 공기를 이온화하고 가시 스파크를 만들기에 충분히 높지만, 관련된 전류는 매우 낮습니다.결과적으로 배출은 물리적 위험보다 더 많은 감각 효과를 생성합니다.

전압으로 전압

전압 (전위)은 파이프를 통해 유체를 밀어 넣는 수압과 비슷한 충전을 유도하는 힘입니다.그것은 전기 푸시의 강도를 결정하고 간단한 순간 만 지속 되었음에도 불구하고 정적 배출이 높은 에너지 수준에 도달 할 수있는 이유를 설명합니다.

충전 흐름으로 전류

Amperage (현재)는 파이프를 통해 움직이는 물의 양과 비슷한 실제 충전 흐름입니다.주어진 시간에 얼마나 많은 전하가 지점을 통과하는지를 반영합니다.정적 배출에서, 전류는 매우 작기 때문에 충격은 감각이 강하지 만 정상적인 조건에서 무해한 상태로 유지되는 이유입니다.

인체는 또한 이러한 사건 동안 전류 흐름을 추가로 제한하는 저항을 제공합니다.퇴원 기간이 짧은 시간과 결합하여 정적 충격은 눈에 띄지 않지만 실질적인 위험을 초래하지 않도록합니다.

대조적으로, 가정이나 산업에서 전기 시스템에 대한 노출에는 지속적인 전류 흐름이 포함되며, 이는 상대적으로 낮은 전압에서도 위험 할 수 있습니다.연속 전류는 신경 활동 및 심장 리듬을 포함한 정상적인 생물학적 기능을 방해 할 가능성이 있습니다.

일상 생활과 완화의 정전기

정전기 효과는 일상 환경에서 자주 관찰되며 편안함과 안전에 영향을 줄 수 있습니다.그들은 재료에 충전이 축적 될 때 발생하고 갑자기 방출되어 종종 눈에 띄지 만 일반적으로 무해한 효과를 생성합니다.그러나보다 민감한 상황에서 이러한 배출은 장비를 방해하거나 안전 위험을 제시하여 완화 조치를 중요하게 만듭니다.

정적 축적의 일반적인 예는 직물에서 발생합니다.의류, 특히 건조기 사이의 마찰로 인해 의류가 함께 집착하게됩니다.마찬가지로, 정적 전기를 가로 질러 걸어 가면 원리, 현상 및 애플리케이션 바닥이 바닥에 갇히게되면 사람이 충전되어 전도성 물체를 만질 때 작은 충격을받을 수 있습니다.이러한 경험은 일반적인 조건 하에서 충전이 축적되고 배출되는 용이성을 보여줍니다.

정적 방전은 또한 전자 장치에 영향을 줄 수 있습니다.매우 작은 스파크조차도 민감한 내부 구성 요소를 손상시킬 수 있으므로 실험실, 청정실 및 마이크로 일렉트로닉스를 처리하는 제조 시설에서 예방 조치를 취하는 이유입니다.국내 및 기술 환경 외에도 가연성 증기, 먼지 또는 미세 입자가 존재하는 산업 환경에서 정적 축적이 위험해질 수 있습니다.그러한 조건에서, 명백히 무의미한 스파크는 화재 나 폭발을 일으킬 가능성이 있습니다.

이러한 효과를 제한하기 위해 몇 가지 전략이 일반적으로 사용됩니다.

습도 제어

주변 습도를 높이면 전하 축적 가능성이 줄어 듭니다.공기 중의 수증기를 사용하면 충전이 표면을 가로 질러보다 쉽게 ​​사라질 수 있습니다.따라서 가습기 또는 통제 된 환기를 사용하는 것은 가정과 직장 모두에서 정적을 관리하는 효과적인 방법입니다.

재료 선택

재료의 선택은 정적 축적 정도에 영향을 미칩니다.면 및 양모와 같은 천연 섬유는 일반적으로 합성 직물에 비해 전하가 줄어 듭니다.마찬가지로, 가죽 밑창이있는 신발은 신체에서 물러나는 경향이있는 반면, 고무 밑창은 축적을 촉진하는 단열재를 제공합니다.

전제 적 치료

화학 및 물리적 처리는 정적 관리에 널리 사용됩니다.직물 연화제 및 건조기 시트는 섬유를 코팅하여 마찰을 줄이고 전하 전달을 제한합니다.정전기 스프레이는 섬유, 가구 또는 장비 표면에 적용되어 유사한 효과를 얻을 수 있습니다.

접지 방법

지상으로 내장 충전을 배출하는 것은 실용적인 예방 방법입니다.여기에는 의도적으로 접지 된 금속 표면에 닿거나 전자 구성 요소를 처리하는 작업장의 안티 스틱 스트랩, 매트 또는 바닥재와 같은 특수 장비를 사용하는 것이 포함될 수 있습니다.이러한 조치는 전하 소산을위한 통제 된 경로를 제공하고 파괴적이거나 손상된 배출 가능성을 줄입니다.

결론

정전기는 간단한 충전이 주변 환경에서 강력한 영향을 줄 수있는 방법을 보여줍니다.그것은 불꽃, 옷, 심지어 밝은 번개의 번쩍임을 설명합니다.동시에 인쇄, 청소, 스프레이 및 포장에 유용한 응용 프로그램이 많이 있습니다.그것이 어떻게 작동하는지와 그것을 통제하는 방법을 배우면 주변에서 보이지 않는 힘을 더 잘 이해할 수 있습니다.정전기는 짧을 수 있지만 과학, 일상 생활 및 기술을 놀라운 방식으로 연결합니다.