Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường gặp phải hiện tượng các đồ vật trên mặt đất có thể tích điện. Có thể bạn từng trải qua trạng thái giật mình khi chạm vào cửa kim loại hoặc cùng nhau bên cạnh người khác. Vậy, tại sao các đồ vật trên mặt đất có khả năng tích điện? Hãy cùng khám phá nguồn gốc và cơ chế này.
Vì sao các đồ vật trên mặt đất có thể tích điện
Các đồ vật trên mặt đất có thể tích điện do một số nguyên nhân sau:
Ma sát: Khi hai vật tiếp xúc và chuyển động lẫn nhau, như cánh tay chà xát trên áo, giày chà xát trên sàn nhà, sự ma sát này có thể gây ra trạng thái tích điện. Trạng thái này phụ thuộc vào tính chất của các vật liệu và mức độ ma sát giữa chúng.
Tiếp xúc với vật liệu tích điện: Đồ vật có thể tích điện bằng cách tiếp xúc với vật liệu có khả năng tích điện cao, chẳng hạn như nhựa, cao su, len, da, các chất nhựa tổng hợp, v.v. Khi tiếp xúc với các vật liệu này, các phân tử bên trong đồ vật có thể nhận hoặc mất các điện tử, tạo ra sự mất cân bằng điện.
Tương tác với các trường điện: Một đồ vật có thể tích điện khi nó tiếp xúc với hoặc nằm trong một trường điện mạnh, chẳng hạn như từ điện đường dây hoặc từ điện tử.
Từ điện tử: Đồ vật cũng có thể tích điện khi nó bị tác động bởi các từ điện tử khác, chẳng hạn như khi có sét trong cơn bão. Sét tạo ra một trường điện mạnh và có thể tích điện các vật trên mặt đất thông qua đường dẫn dòng sét.
Khi các đồ vật tích điện, chúng có thể có tính chất dương hoặc âm, tùy thuộc vào sự cân bằng của điện trong đó. Các đồ vật tích điện có thể tương tác với nhau hoặc với các trường điện khác, gây ra các hiện tượng như cự ly điện, sét, hoặc các hiện tượng tĩnh điện khác.
Các đám mây tích điện do đâu?
Các đám mây tích điện được hình thành do sự tương tác giữa khí quyển, nhiệt độ và độ ẩm. Dưới đây là quá trình chính dẫn đến sự hình thành đám mây tích điện:
Sự sưởi ấm của mặt đất: Mặt đất được sưởi ấm bởi ánh nắng mặt trời, và sau đó truyền nhiệt vào không khí xung quanh. Quá trình này tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa mặt đất và không khí ở tầng dưới của khí quyển.
Tạo ra độ ẩm: Nước từ các sông, hồ, đại dương và đất được bay hơi vào không khí. Khi không khí ấm chứa nhiều độ ẩm hơn gặp phải không khí lạnh, sự lạnh lại dẫn đến sự ngưng tụ và hình thành hạt nước.
Sự tạo điện: Trong một đám mây, có sự tách chất điện tích giữa các hạt nước. Trong quá trình lạnh, các hạt nước bị cắt đứt quá trình trao đổi điện tử, tạo ra sự tách chất điện tích. Điều này dẫn đến sự tích tụ các điện tích âm và dương trong các vùng khác nhau của đám mây.
Tạo ra sự chênh lệch điện thế: Sự chênh lệch điện thế giữa các phần của đám mây, cũng như giữa đám mây và mặt đất, được tạo ra do sự tương tác giữa các điện tích âm và dương trong đám mây.
Phản ứng điện từ: Khi sự chênh lệch điện thế trở nên đủ lớn, các phần tử trong đám mây và mặt đất sẽ phản ứng điện từ. Quá trình này tạo ra các dòng điện lớn trong đám mây, được gọi là sự sạc điện trường (electric field charging).
Sấm và chớp: Khi sự sạc điện trường đạt đến mức cao đủ, sự phản ứng điện từ có thể vượt qua điện trở của không khí và tạo ra các xung điện lớn. Khi các xung điện này xảy ra, chúng tạo ra âm thanh và ánh sáng, tạo thành hiện tượng sấm và chớp.
Phản ứng điện từ là gì?
Phản ứng điện từ là quá trình xảy ra khi các hạt điện tích trong một hệ thống tương tác với nhau dưới tác động của lực điện. Trong trường hợp đám mây tích điện, phản ứng điện từ xảy ra giữa các hạt nước trong đám mây và cũng giữa đám mây và môi trường xung quanh.
Trong một đám mây, sự tách chất điện tích xảy ra khi các hạt nước bị tách rời và cắt đứt quá trình trao đổi điện tử. Điều này dẫn đến sự tích tụ các điện tích âm và dương trong các vùng khác nhau của đám mây. Các điện tích âm sẽ tập trung ở một vùng, trong khi các điện tích dương tập trung ở vùng khác.
Do sự chênh lệch điện thế giữa các phần của đám mây, sự phản ứng điện từ xảy ra. Các hạt nước tích điện bên trong đám mây sẽ tương tác với nhau dưới tác động của lực điện, tạo ra sự tương tác và di chuyển. Điện tích âm và dương trong đám mây sẽ cố gắng cân bằng và tạo ra một trạng thái ổn định. Quá trình này tạo ra sự chuyển động và phân bố lại các hạt nước trong đám mây.
Khi sự chênh lệch điện thế giữa đám mây và môi trường xung quanh đạt đến mức cao đủ, sự phản ứng điện từ có thể vượt qua điện trở của không khí và tạo ra các xung điện lớn. Khi các xung điện này xảy ra, chúng tạo ra âm thanh và ánh sáng, tạo thành hiện tượng sấm và chớp.
Phản ứng điện từ cũng có thể xảy ra trong các hệ thống khác nhau, không chỉ trong đám mây. Nó có thể xảy ra trong mạch điện, trong các vật liệu dẫn điện, hoặc trong các quá trình điện hóa, tùy thuộc vào sự tương tác của các hạt điện tích và lực điện.
Điện trở của không khí là gì?
Điện trở của không khí là khả năng của không khí để cản trở dòng điện chạy qua nó. Nó phụ thuộc vào tỷ lệ giữa điện áp áp dụng và dòng điện trong không khí. Điện trở được đo bằng đơn vị ohm (Ω).
Khi một điện trường được áp dụng vào không khí, các phân tử không khí sẽ tương tác và ion hóa. Sự ion hóa tạo ra các điện tử tự do và các ion dương và âm trong không khí. Điện trở của không khí chủ yếu phụ thuộc vào số lượng và tính chất của các điện tử tự do và các ion trong không khí.
Điện trở của không khí không cố định mà thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ, áp suất và tinh thể hạt bụi có mặt trong không khí. Điện trở của không khí tăng lên khi độ ẩm giảm, vì khi đó có ít hạt nước để dẫn dòng điện. Điện trở của không khí cũng tăng lên theo nhiệt độ, do các phân tử không khí di chuyển nhanh hơn và gây ra các tác động va chạm nhiều hơn.
Giá trị điện trở của không khí trong điều kiện thông thường (độ ẩm khoảng 50%, nhiệt độ xung quanh 20 độ Celsius) là khoảng 10^12 ohm (1 teraohm). Tuy nhiên, trong điều kiện ẩm ướt hoặc ở nhiệt độ cao hơn, điện trở của không khí có thể giảm đáng kể.
Hiện tượng các đồ vật trên mặt đất có khả năng tích điện là một hiện tượng thông thường trong cuộc sống hàng ngày. Sự tạo điện triboelectric giữa hai vật liệu khác nhau khi chạm và tách ra tạo ra sự chuyển đổi và chuyển giao các điện tử, dẫn đến tích điện trên bề mặt của các đồ vật. Sự tích điện này có thể gây ra những trạng thái giật mình khi chạm vào các đồ vật khác hoặc người khác. Việc hiểu về nguồn gốc và cơ chế của hiện tượng này giúp chúng ta có sự
