Um statische Elektrizität zu vermeiden, habe ich die Wand an der Tür schwarz gestrichen ...

In Winternächten werden Arbeitnehmer, die nach der Arbeit unbedingt nach Hause wollen, immer wieder von statischer Elektrizität an der Tür „überrascht“. Jedes Mal, wenn ich die Türklinke berührte, fühlte es sich wie ein kleines Abenteuer an. Der leichte Schmerz in meinen Fingerspitzen ließ mich meine Hand zurückziehen. Um die Tür problemlos öffnen zu können, haben sich die Leute verschiedene „Taktiken“ ausgedacht: die Wand berühren, Batterien in die Tasche stecken, verschiedene „Artefakte zum Entfernen statischer Elektrizität“ verwenden … nur um diesen stillen „Kampf“ zu beenden. Statische Elektrizität ist wie ein ungezogener Junge im Winter und bereitet den Menschen ein wenig Ärger.

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Wie entsteht statische Elektrizität?

Es gibt viele Gründe für die Entstehung statischer Elektrizität, und das Phänomen der statischen Elektrizität, das wir in unserem täglichen Leben spüren, ist hauptsächlich auf „Reibungselektrizität“ zurückzuführen.

Materie besteht aus Atomen und Atome bestehen aus Kernen und Elektronen. Zwischen dem positiv geladenen Kern und den negativ geladenen Elektronen besteht eine Anziehungskraft, und Elektronen sind normalerweise um den Kern herum gebunden. Da die Anzahl der positiven und negativen Ladungen in einem Atom im Allgemeinen gleich ist, hat das Objekt keine Ladung.

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Allerdings haben verschiedene Atomarten unterschiedliche Fähigkeiten, Elektronen zu binden. Wenn zwei ungleiche Objekte aneinander gerieben werden, werden Elektronen von schwach gebundenen Atomen auf stark gebundene Atome übertragen, wodurch geladene Bereiche auf der Oberfläche der Objekte entstehen. Wenn Sie beispielsweise Ihr Haar mit einem Plastikkamm kämmen, werden die Elektronen übertragen, wodurch ein Ladungsungleichgewicht auf der Oberfläche des Objekts entsteht und es geladen erscheint. Auf diese Weise entsteht statische Elektrizität.

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Warum also führt statische Elektrizität im Alltag immer wieder zu Stromschlägen?

Tatsächlich handelt es sich hierbei um den Entladungsprozess statischer Elektrizität. Wenn sich eine Hand mit statischer Elektrizität einem metallischen Türgriff nähert, werden viele Elektronen im Metall durch die Ladung Ihrer Fingerspitzen angezogen und bewegen sich näher an Ihre Hand, wodurch ein elektrisches Feld zwischen Ihren Fingern und dem Türgriff entsteht. Durch den Spitzenentladungseffekt sammeln sich Ladungen an den Fingerspitzen und je näher die Fingerspitzen am Türgriff sind, desto stärker ist das elektrische Feld. Schließlich wird das elektrische Feld stark genug sein, um die Luft zu durchbrechen und einen starken, augenblicklichen Strom zu bilden. Der Entladungsvorgang erzeugt Lärm und Funken und der Strom wirkt auf die Nervenenden der Finger, was zu Schmerzen führt.

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Die Entstehung statischer Elektrizität hängt stark mit der Luftfeuchtigkeit zusammen. Im Sommer ist die Luftfeuchtigkeit relativ hoch und die Wassermoleküle in der Luft können einen Teil der Ladung durch Kontakt mit der Kleidung schneller übertragen, wodurch die Ansammlung statischer Elektrizität verringert wird. Im Winter ist die Luftfeuchtigkeit relativ trocken, was der Übertragung statischer Elektrizität nicht förderlich ist und uns daher leicht „elektrisiert“.

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Ist statische Elektrizität gefährlich?

Die durch den menschlichen Körperkontakt verursachte statische Entladungszeit ist sehr kurz und daher für den menschlichen Körper unschädlich.

An anderen Orten darf der Schaden durch statische Elektrizität jedoch nicht unterschätzt werden. Beispielsweise sind elektronische Präzisionsgeräte besonders anfällig für statische Elektrizität und Tausende Volt statischer Elektrizität können zum Ausfall von Komponenten führen.

Darüber hinaus muss statische Elektrizität auch in Ölpipelines und Öltankern beseitigt werden, da die Reibung zwischen Benzin und der Rohrwand statische Elektrizität erzeugt. Wird dies nicht rechtzeitig behoben, können die durch eine unbeabsichtigte Entladung entstehenden Funken eine Explosion verursachen. Aus diesem Grund wird es an der Rückseite des Tankwagens ein kleines Ende geben – ein Antistatikband, das bis zum Boden herunterhängt. Sein Zweck besteht darin, statische Elektrizität zur Erde abzuleiten.

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Welche Möglichkeiten gibt es, statische Elektrizität im Leben zu vermeiden?

Methoden zur Beseitigung statischer Elektrizität lassen sich in zwei Kategorien zusammenfassen. Eine Möglichkeit besteht darin, die Entstehung statischer Elektrizität an der Quelle zu verringern, beispielsweise durch Erhöhung der Luftfeuchtigkeit oder durch Wahl von Kleidung, die nicht so leicht statische Elektrizität erzeugt. Die andere Möglichkeit besteht darin, statische Elektrizität indirekt freizusetzen, beispielsweise durch Berühren von Wänden, Schlüsseln und anderen Gegenständen.

(1) Luftfeuchtigkeit erhöhen

Durch eine Erhöhung der Luftfeuchtigkeit kann die auf dem Körper angesammelte Ladung effektiv abgeleitet werden, wodurch die statische Elektrizität deutlich reduziert wird. Auch die handelsüblichen Elektrostatiksprays nutzen ein ähnliches Prinzip. Seine Inhaltsstoffe enthalten kationische Tenside, die auch bei der Neutralisierung von Ladungen eine Rolle spielen können.

Befeuchten Sie Ihre Hände mit Wasser oder einem feuchten Handtuch oder wischen Sie die Oberfläche Ihrer Kleidung mit einem feuchten Tuch ab, um statische Elektrizität abzubauen.

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Besonders für Katzen- und Hundeliebhaber: Fühlen Sie sich beim Streicheln im Winter immer „elektrisch geschockt“?

Denn Tierhaare laden sich in trockener Umgebung durch Reibung besonders leicht elektrisch auf und wer auf die frechen und verspielten Tiere trifft, dem kann, wenn er nicht aufpasst, so ein Ende wie dem unten abgebildeten passieren.

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Sie können versuchen, einen Luftbefeuchter in den Raum zu stellen, Ihre Hände zu waschen, bevor Sie Ihr Haustier streicheln, einen antistatischen Kamm zu verwenden, um das Fell Ihres Haustiers zu glätten, und Haustier-Feuchttücher zu verwenden, um das Fell Ihres Haustiers zu befeuchten und so die statische Elektrizität Ihres Haustiers zu reduzieren.

(2) Wählen Sie Kleidung, die nicht anfällig für statische Elektrizität ist

Gerade im Winter kann es beim An- und Ausziehen der Kleidung leicht zu statischer Elektrizität kommen, was vor allem mit dem Material der Kleidung zusammenhängt. Im Winter trägt man eher Wollpullover und Daunenjacken. Schaut man sich die Stoffzusammensetzung von Daunenjacken genauer an, stellt man fest, dass es sich im Wesentlichen um Polyesterfasern handelt, also um das, was wir oft als Polyester bezeichnen.

Stoffzusammensetzung einer Daunenjacke

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Polyesterfasern und Wolle neigen besonders dazu, bei Reibung statische Elektrizität zu erzeugen, da die Oberfläche von Polyesterfasern eine hydrophobe Struktur aufweist, die Wassermoleküle nicht so leicht zurückhält und eine schlechte Leitfähigkeit besitzt.

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Die folgende Abbildung zeigt eine elektrostatische Sequenz (eine Sequenz von Substanzen, die von positiv geladen bis negativ geladen angeordnet sind). Je weiter die Materialien voneinander entfernt sind, desto leichter können sie durch Reibung elektrisiert werden.

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Es ist ersichtlich, dass Wolle und Polyester im Diagramm der statischen Elektrizität weit voneinander entfernt sind, sodass nach der Reibung mehr statische Elektrizität entsteht. Wenn Sie zwischen Pullover und Daunenjacke eine Schicht Baumwollkleidung hinzufügen, wird die statische Elektrizität erheblich reduziert, da Baumwolle eine gute Feuchtigkeitsaufnahme hat und unabhängig davon, ob sie mit Wolle oder Polyesterfasern gerieben wird, weniger statische Elektrizität erzeugt wird. Gleichzeitig kann die Zugabe von etwas Weichspüler beim Wäschewaschen die statische Elektrizität wirksam reduzieren.

Um die Entstehung der störenden statischen Elektrizität an der Haarwurzel zu verhindern, sind zudem Kleidungsstücke mit antistatischer Wirkung auf dem Markt erschienen. Das Antistatikum (Tensid) wird auf die Oberfläche des Stoffes aufgetragen oder aufgesprüht. Das Antistatikum verleiht der Materialoberfläche eine gewisse Gleitfähigkeit, verringert deren Reibungskoeffizient und hemmt bzw. verringert somit die Entstehung statischer Aufladung.

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(3) Entladen Sie statische Elektrizität durch andere Objekte

Das Berühren einer Wand ist eine typische Möglichkeit, statische Elektrizität freizusetzen, da die Wand statische Elektrizität vom menschlichen Körper ableiten kann. Wenn der menschliche Körper mit der Wand in Kontakt kommt, kann die elektrische Ladung des menschlichen Körpers durch Berühren der Wand geerdet werden, wodurch die Ladung freigesetzt und die Möglichkeit verringert wird, dass beim Kontakt mit anderen Objekten erneut statische Elektrizität erzeugt wird. Je größer die Fläche Ihrer Hand ist, die die Wand berührt, desto besser ist der Effekt.

Wenn Sie leitfähige Gegenstände wie Metallschlüssel in Ihren Händen halten, kann dies außerdem dazu führen, dass die Körperladung auf die Schlüssel übertragen wird und diese dann über die Schlüssel an andere Gegenstände abgegeben wird. Dadurch kann auch statische Elektrizität beseitigt werden. Auch im Internet erhältliche Antistatikgeräte basieren auf einem ähnlichen Prinzip.

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04Der Zweck statischer Elektrizität

Obwohl statische Elektrizität einige Probleme in unser Leben bringt, hat sie tatsächlich viele Verwendungsmöglichkeiten und kann der Menschheit von Nutzen sein.

Elektrostatisches Kopieren: Durch die Verwendung der Oberfläche eines lichtempfindlichen Materials mit statischer Elektrizität ändert sich bei Belichtung die lokale Ladung entsprechend der Lichtintensität, wodurch das Bild erhalten bleibt und anschließend Toner absorbiert und auf Papier übertragen wird.

Elektrostatische Staubentfernung: Nutzen Sie die Wirkung des elektrostatischen Felds, um die Staubpartikel im Gas aufzuladen und zu adsorbieren. Es wird zur Reinigung von Gasen oder zur Rückgewinnung nützlicher Staubpartikel in der Metallurgie und der chemischen Industrie verwendet.

Elektrostatisches Sprühen: Verwenden Sie ein elektrisches Hochspannungsfeld, um die Farbe aufzuladen und die Farbpartikel auf der Oberfläche des Werkstücks zu adsorbieren. Die Vorteile liegen in der hohen Effizienz und der Materialersparnis.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass statische Elektrizität ein allgegenwärtiges Naturphänomen ist, das sowohl interessant als auch mysteriös ist. Wenn wir die Prinzipien und Ursachen statischer Elektrizität verstehen, können wir Methoden zur Beseitigung statischer Elektrizität erlernen, dieses Phänomen besser verstehen und nutzen und die Technologie zur Bekämpfung statischer Elektrizität in unserem Leben anwenden.

Denken Sie beim nächsten Öffnen einer Tür daran, zuerst die Wand zu berühren!

Verweise

[1] Shen Ganqing. Vorsicht beim Einsatz von Silikon zum Weichmachen von Wolltextilien - Studie zum elektrostatischen Phänomen von Wolltextilien [J]. Wolltextilwissenschaft und -technologie, 2005(02):5-8. DOI:10.19333/j.mfkj.2005.02.001.

[2] Ji Yuan. Untersuchungen zur Versuchsproduktion und Anwendungsleistung des Antistatikums PEEJ für Polyester[D]. Donghua-Universität, 2006.

[3] Sfameni S, Lawnick T, Rando G, Visco A, Textor T, Plutino MR. Superhydrophobie von Polyestergeweben durch funktionale, nachhaltige, fluorfreie Beschichtungen auf Silanbasis. Gele. 2023; 9(2):109. https://doi.org/10.3390/gels9020109

[4] Ist die statische Elektrizität auf Textilien im Winter ausschließlich auf chemische Fasern zurückzuführen? Lass es uns herausfinden – Zhihu https://zhuanlan.zhihu.com/p/32244204

[5]Was ist das Prinzip der statischen Elektrizität in Textilien und inwieweit neigen gängige Stoffe zur Erzeugung statischer Elektrizität? - Zhihu https://www.zhihu.com/question/54124761

Autor: Jade Cucumber isst gerne Kartoffelchips und wird oft durch einen Stromschlag getötet

Herausgeber: Tiara

Danksagung: Guo Weihong, PhD, leitender Ingenieur an der Universität der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, lieferte wissenschaftliche Anleitung für diesen Artikel