Преобразуване на миликулон mC - — - кулон C • Електротехника • Преобразувател на електрически заряд
Конвертор на единици Преобразуване на миликулон [mC] кулон [C]
Метрика и SI
Главна информация
Изненадващо, ние сме изложени на статично електричество ежедневно - когато галим любимата си котка, сресваме косата си или дърпаме синтетичен пуловер. Така неволно ставаме генератори на статично електричество. Ние буквално се къпем в него, защото живеем в силно електростатично поле на Земята. Това поле възниква поради факта, че е заобиколено от йоносферата, горният слой на атмосферата е електропроводим слой. Йоносферата се е образувала под действието на космическата радиация и има собствен заряд. Докато правим ежедневни неща като затопляне на храна, изобщо не се замисляме, че използваме статично електричество, като завъртим вентила за подаване на газ на горелка с автоматично запалване или поднесем електрическа запалка към нея.
Примери за статично електричество
От детството инстинктивно се страхуваме от гръмотевиците, въпреки че те са абсолютно безобидни сами по себе си - просто акустична последица от мощна мълния, причинена от атмосферното статично електричество. Моряците от времето на ветроходния флот изпадаха в страхопочитание, гледайки светлините на Свети Елмо на мачтите си, които също са проява на атмосферно статично електричество. Хората даряват върховните богове на древните религии с неотменим атрибут под формата на светкавица, независимо дали става въпрос за гръцкия Зевс, римския Юпитер, скандинавския Тор или руския Перун.
Изминаха векове, откакто хората започнаха да се интересуват от електричеството и понякога дори не подозираме, че учените, направили дълбоки заключения от изследването на статичното електричество, ни спасяват от ужасите на пожарите и експлозиите. Укротихме електростатиката, като насочихме гръмоотводи към небето и оборудвахме камионите с гориво със заземяванеустройства, които позволяват на електростатичните заряди да излязат безопасно в земята. И въпреки това статичното електричество продължава да се държи зле, пречейки на приемането на радиосигнали - в края на краищата на Земята бушуват до 2000 гръмотевични бури едновременно, които генерират до 50 гръмотевични разряда всяка секунда.
Хората изучават статичното електричество от незапомнени времена; ние дължим дори термина "електрон" на древните гърци, въпреки че те са имали предвид нещо друго с това - така са наричали кехлибара, който е бил красиво наелектризиран по време на триене (друго - гръцки ἤλεκτρον - кехлибар). За съжаление, науката за статичното електричество не мина без жертви - българският учен Георг Вилхелм Рихман беше убит по време на експеримент от мълния, която е най-страшното проявление на атмосферното статично електричество.
Статично електричество и време
В първото приближение механизмът на образуване на заряди на гръмотевичен облак е в много отношения подобен на механизма на наелектризиране на гребен - в него наелектризирането чрез триене се извършва по абсолютно същия начин. Ледените частици, образувани от малки капчици вода, охладени поради прехвърлянето на възходящи въздушни течения към горната, по-студена част на облака, се сблъскват една с друга. По-големите парчета лед са заредени отрицателно, докато по-малките парчета са заредени положително. Поради разликата в теглото, ледените блокове се преразпределят в облака: големите, по-тежки потъват в дъното на облака, а по-леките, по-малки ледени блокове се събират в горната част на гръмотевичния облак. Въпреки че целият облак като цяло остава неутрален, долната част на облака получава отрицателен заряд, докато горната става положителен.
Подобно на електрифициран гребен, който привлича балон поради индукцията на противоположен заряд от страната му, която е най-близо до гребена,Гръмотевичен облак предизвиква положителен заряд на земната повърхност. С развитието на гръмотевичния облак зарядите се увеличават, докато напрегнатостта на полето между тях се увеличава и когато напрегнатостта на полето надвиши критичната стойност за тези метеорологични условия, възниква електрически пробив на въздуха - разряд на мълния.
Човечеството е задължено на Бенджамин Франклин, по-късно президент на Върховния изпълнителен съвет на Пенсилвания и първият генерален пощенски началник на Съединените щати, за изобретяването на гръмоотвода (би било по-точно да го наречем гръмоотвод), който завинаги спаси населението на Земята от пожари, причинени от мълнии в сгради. Между другото, Франклин не патентова изобретението си, правейки го достъпно за цялото човечество.
Светкавицата не винаги е носила само разрушение - уралските миньори са определяли местонахождението на железни и медни руди именно по честотата на падането на мълния в определени точки на района.
Сред учените, посветили времето си на изучаване на явленията на електростатиката, е необходимо да се спомене англичанинът Майкъл Фарадей, по-късно един от основателите на електродинамиката, и холандецът Петер ван Мушенбрук, изобретателят на прототипа на електрическия кондензатор - известният буркан Leyden.
Гледайки състезания DTM, IndyCar или Формула 1, ние дори не подозираме, че механиците призовават пилотите да сменят гумите за дъжд, въз основа на данни от метеорологични радари. А тези данни от своя страна се базират именно на електрическите характеристики на приближаващите гръмотевични облаци.
Статичното електричество е наш приятел и враг в същото време: радиоинженерите не го харесват, дърпат заземителни гривни, когато ремонтират изгорели платки в резултат на близка мълния - в този случай, като правило, входните етапи на оборудването се провалят. С дефектензаземяване на съоръжения, то може да причини тежки техногенни бедствия с трагични последици - пожари и експлозии на цели заводи.
Статично електричество в медицината
Въпреки това, той идва на помощ на хора с нарушения на сърдечния ритъм, причинени от хаотични конвулсивни контракции на сърцето на пациента. Нормалната му работа се възстановява чрез преминаване на малък електростатичен разряд с помощта на устройство, наречено дефибрилатор. Сцената на завръщането на пациента от другия свят с помощта на дефибрилатор е вид класика за филм от определен жанр. Трябва да се отбележи обаче, че филмите традиционно показват монитор без сигнал за сърдечен ритъм и зловеща права линия, въпреки че всъщност използването на дефибрилатор не помага, ако сърцето на пациента е спряло.
Други примери
Би било полезно да се припомни необходимостта от метализация на самолетите за защита от статично електричество, тоест свързването на всички метални части на самолета, включително двигателя, в една електрически интегрална структура. В върховете на цялата опашка на самолета са монтирани статични разрядници за източване на статичното електричество, което се натрупва по време на полет поради триенето на въздуха в тялото на самолета. Тези мерки са необходими за защита срещу смущения, причинени от разреждането на статично електричество и за осигуряване на надеждна работа на бордовото електронно оборудване.
Електростатиката играе определена роля при въвеждането на учениците в раздела "Електричество" - може би никой друг раздел от физиката не познава по-зрелищни експерименти - тук има и коси, които се изправят на крака, и гонене на балон след гребен, и мистериозното сияние на луминесцентни лампи без никакви свързани проводници! Но този ефект на блясъкпълните с газ уреди спасяват живота на електротехниците, работещи с високо напрежение в съвременните електропроводи и разпределителни мрежи.
И най-важното е, че учените стигнаха до извода, че вероятно дължим появата на живота на Земята на статичното електричество или по-скоро на неговите разряди под формата на мълния. В хода на експерименти в средата на миналия век, с преминаване на електрически разряди през смес от газове, близки по състав до първичния състав на земната атмосфера, беше получена една от аминокиселините, която е "тухлата" на нашия живот.
За да се укроти електростатиката, е много важно да се знае потенциалната разлика или електрическото напрежение, за чието измерване са изобретени инструменти, наречени волтметри. Италианският учен от 19-ти век Алесандро Волта въвежда понятието електрическо напрежение, на когото е кръстена тази единица. Някога за измерване на електростатично напрежение са били използвани галванометри, кръстени на сънародника на Волта Луиджи Галвани. За съжаление, тези устройства от електродинамичен тип внасят изкривявания в измерванията.
Изследване на статичното електричество
Работата на предшествениците, посветена на законите на електрическите взаимодействия, позволи на физиците Джордж Грийн, Карл Фридрих Гаус и Симеон Денис Поасон да създадат математически елегантна теория, която все още използваме днес. Основният принцип в електростатиката е постулатът за електрон - елементарна частица, която е част от всеки атом и лесно се отделя от него под въздействието на външни сили. Освен това има постулати за отблъскването на еднакви заряди и привличането на различни заряди.
Измерване на електроенергия
Един от първите измервателни уреди е най-простият електроскоп, изобретен от англичанитесвещеник и физик Абрахам Бенет - два листа златно електропроводимо фолио, поставени в стъклен съд. Оттогава измервателните уреди са се развили значително - и сега те могат да измерват разликата в единици нанокулони. С помощта на изключително прецизни физически инструменти българският учен Абрам Йофе и американският физик Робърт Андрюс Миликен успяха да измерят електрическия заряд на електрона.
В днешно време с развитието на цифровите технологии се появиха свръхчувствителни и високоточни устройства с уникални характеристики, които поради високото входно съпротивление почти не внасят изкривявания в измерванията. В допълнение към измерването на напрежението, такива устройства позволяват измерването на други важни характеристики на електрически вериги, като омично съпротивление и протичащ ток в широк диапазон на измерване. Най-модерните инструменти, наречени мултиметри или, на професионален жаргон, тестери, поради тяхната гъвкавост, могат също така да измерват AC честота, капацитет на кондензатора и да тестват транзистори и дори да измерват температура.
По правило съвременните устройства имат вградена защита, която не позволява устройството да се повреди, ако се използва неправилно. Те са компактни, лесни за работа и напълно безопасни за работа - всеки преминава през серия от тестове за точност, тества се при тежки условия на работа и получава заслужен сертификат за безопасност.