N�BOJE V KLIDU - elektrostatika |
Prvn� v�deck� poznatky o elektrick�ch n�boj�ch poch�zej� u� z 18. stolet�, ale teprve dal�� rozvoj fyziky a chemie vedl k vytvo�en� ucelen� teorie elekt�iny a magnetismu. Uk�zalo se, �e je vhodn� rozd�lit zkoum�n� na dv� oblasti:
- elektrostatika je obor, kter� se zab�v� p�soben�m elektrick�ch n�boj�, kter� se nepohybuj�, z�st�vaj� v klidu
- elektrodynamika zkoum� jevy, vyvolan� pohybuj�c�mi se elektrick�mi n�boji (elektrick� proud, magnetismus, vodi�e v magnetick�m poli)
V tomto �l�nku si uk�eme, �e i tak star� obor, jak�m je elektrostatika, m� �irok� pou�it� v�ude kolem n�s. Z �irok� palety vyb�r�me nap��klad:
Elektrostatick� odlu�ova�
Jednen z typ� odlu�ova�� prachu je v podstat� uzemn�n� kovov� roura, kterou proch�z� �i�t�n� plyn. V ose je izolovan� upevn�n napnut� ocelov� dr�t p�ipojen� ke zdroji o nap�t� n�kolik des�tek kV. Prachov� ��stice jsou siln� p�itahov�ny k dr�tu, dotykem s n�m se souhlasn� zelektruj� a n�sledn� jsou j�m odpuzov�ny a p�itahov�ny naopak ke st�n�m roury. Proto�e jsou jen ��ste�n� vodiv�, podr�� si sv�j elektrick� n�boj a usad� se na vnit�n� st�n� roury. Odtud se pak ob�as mechanicky sklep�vaj� do z�sobn�ku. Jin� typ odlu�ova�e m� uvnit� zd�n�ho kom�nov�ho t�lesa kladn� nabitou kovovou s�, ve st�n�ch kom�nu jsou uzemn�n� kovov� desky, na kter�ch se op�t usazuj� prachov� ��stice.
T��d�n� rud
Na r�zn� elektrick� vodivosti rudy a hlu�iny je zalo�eno elektrostatick� t��d�n� rud. Drobn� roztlu�en� materi�l se sype na ot��ej�c� se kladn� nabit� v�lec. Zrnka hlu�iny jsou m�lo vodiv� a dotykem s v�lcem se zelektruj� podobn� jako se drobn� kousky pap�ru nabij� sklen�nou ty�� a jsou k n� p�itahov�ny. Zrnka hlu�iny ulp� na ot��ej�c�m se v�lci. Teprve a� jejich v�ha p�ev��� p�ita�livou elektrostatickou s�lu, zrnka hlu�iny od v�lce odpadnou do z�sobn�ku hlu�iny. Zrnka rudy jsou vodiv�j��, dotykem s v�lcem se nabij� kladn� a jsou proto v�lcem odpuzov�na. Pomocn� z�porn� nabit� elektroda pobl� v�lce je p�itahuje tak, aby padala do druh�ho z�sobn�ku.Kop�rka a laserov� tisk�rna
Metodu elektrostatick�ho kop�rov�n� vynalezl ��edn�k americk�ho ��adu pro patenty a vyn�lezy Chester Carlson, kter� vytvo�il prvn� elektrostatick� obraz roku 1938. P�vodn� n�zev elektrografie se p��li� neujal, nov� n�zev xerografie navrhnul jeden z profesor� klasick�ch jazyk� na universit� v Ohiu jako odvozeninu z �eck�ch slov "such�" a "psan�". Roku 1961 dodala na trh firma XEROX prvn� kop�rku na b�n� kancel��sk� pap�r.
Z�kladem kop�rky je v�lec, pokryt� vrstvi�kou elektricky nabit�ho sv�tlocitliv�ho materi�lu. M�sta, na kter� dopadne sv�tlo, se stanou elektricky vodiv�mi a n�boj se z nich odvede. Neosv�tlen� m�sta z�stanou nabit� a na v�lci tak vznikne neviditeln� elektrostatick� "obraz" kop�rovan� p�edlohy. Na v�lec se rozpr�� jemn� pr�kov� barvivo (toner), kter� se zachyt� jen na nabit�ch m�stech a ot��en�m v�lce se barvivo p�enese na proch�zej�c� pap�r a vytvo�� na n�m �ernob�l� obraz.
Zcela podobnou konstrukci i funkci m� i laserov� tisk�rna. Hlavn� rozd�l je v tom, �e elektrostatick� "obraz� nevznik� odrazem sv�tla od p�edlohy, ale dopadem uzou�k�ho laserov�ho paprsku, ��zen�ho po��ta�em. Z�sobn�k toneru a sv�tlocitliv� v�lec tvo�� v laserov� tisk�rn� jeden celek a p�i v�m�n� toneru se nahrazuj� novou soupravou, zat�mco v kop�rce se dopl�uje jenom toner.
Elektrostatick� st��k�n�
Elektrostatick� st��kac� za��zen� vyu��vaj� toho, �e se kladn� a z�porn� nabit� ��stice vz�jemn� p�itahuj�. Barva ve st��kac� pistoli proch�z� siln�m elektrick�m polem. V�echny ��stice barvy se v n�m nabij� z�porn�m n�bojem, vz�jemn� se odpuzuj� a vytv��ej� ku�el kapi�ek st��kan� barvy. Kladn�m prot�j�kem je uzemn�n� d�l, na kter� se m� nan�st barva. Nabit� ��stice se pohybuj� ve sm�ru silo�ar elektrostatick�ho pole a s minim�ln�mi ztr�tami se zachycuj� na povrchu st��kan�ho p�edm�tu. To znamen�, �e p�i jednodu���m tvaru p�edm�tu sta�� �asto st��kat barvu jen v jednom sm�ru a p�edm�t je nalakov�n ze v�ech stran. Elektrostatick�m nan�en�m barev se dos�hne vysok� kvality n�t�ru.
Piezoelekt�ina
Piezoelekt�ina m� pestr� vyu�it� v pr�myslu, v nemocnic�ch i v b�n�ch dom�cnostech. Piezoelektrick� jev spo��v� v tom, �e p�i deformaci vhodn� vybrou�en�ch krystal� n�kter�ch l�tek (nap�. Seignettova s�l) vznik� mezi polepy na dvou protilehl�ch stran�ch krystalu elektrick� nap�t�. Velikost a polarita tohoto nap�t� z�vis� na velikosti a sm�ru deformace krystalu. P�iv�d�me-li naopak na polepy piezokrystalu elektrick� nap�t�, krystal se deformuje a st��dav�m nap�t�m se m��e rozkmitat.Zvukov� signalizace
Je�t� p�ed p�r lety se piezoelektrick� jev b�n� vyu��val v gramofonov�ch p�enosk�ch (chv�n� hrotu se p�en�elo na krystal, mechanick� kmity se p�em��ovaly na st��dav� nap�t� a to se po zes�len� reproduktorem p�em�nilo na zvuk). Dnes se b�n� setk�me s gener�tory zvuku, v nich� se na piezokrystal p�iv�d� st��dav� nap�t� vhodn� frekvence. Tyto miniaturn� zdroje zvuku najdeme v n�ramkov�ch hodink�ch, digit�ln�ch bud�c�ch, vyzv�n�j� v mobiln�ch telefonech a v r�zn�ch signaliza�n�ch za��zen�ch.
Ultrazvukov� gener�tor
Piezoelektrick� prvky mohou vys�lat a p�ij�mat i nesly�iteln� ultrazvuk, nap��klad v ultrazvukov�ch defektoskopech ke zji��ov�n� skryt�ch vad materi�lu nebo v medic�n� (ultrazvukov� zobrazov�n� lidsk�ho plodu, ultrazvukov� mikromas�e, likvidace ledvinov�ch a �lu�n�kov�ch kamen�).
Zapalova� plynu
Piezoelektrick�m zdrojem vysok�ho nap�t� je tak� zapalova� plynu: stisknut�m tla��tka se siln� stla�� krystal a p�itom vznikne tak vysok� nap�t�, �e mezi elektrodami p�esko�� elektrick� jiskra.
Urychlova�e ��stic
Urychlova�e ��stic pat�� k z�kladn� v�zbroji jadern�ch fyzik�. A� maj� konstrukci jakoukoliv, ve v�ech se nabit� ��stice (protony, elektrony apod.) urychluj� siln�m elektrick�m polem. Nejstar��m typem elektrostatick�ho urychlova�e je van de Graaff�v gener�tor, kter� najdeme v ka�d�m fyzik�ln�m kabinetu, kde slou�� jako zdroj vysok�ho nap�t� pro pokusy z elektrostatiky.
Line�rn� urychlova�
Line�rn� urychlova� je v podstat� dlouh� trubice se soustavou v�lcov�ch elektrod, ve kter� je hlubok� v�kuum. Uvnit� elektrod se pohybuj� urychlovan� ��stice setrva�nost� (elektrick� pole je v nich odst�n�no jako ve Faradayov� kleci), v mezer�ch mezi elektrodami jsou urychlov�ny. V�lcov� elektrody maj� rostouc� d�lku, aby se vykompenzovala rostouc� rychlost ��stic. Konstrukci prvn�ho line�rn�ho urychlova�e navrhnul roku 1930 norsk� in�en�r Wideroe.
Cyklotron
Cyklotron m� konstrukci slo�it�j��, ale nemus� m�t tak velk� rozm�ry jako urychlova� line�rn�. Skl�d� se ze t�� hlavn�ch ��st�: ze siln�ho elektromagnetu, z vysokofrekven�n�ho zdroje a z urychlovac� komory se dv�ma duanty. Uvnit� duant� se urychlovan� ��stice pohybuj� setrva�nost� (Faradayova klec), v meze�e mezi duanty jsou urychlov�ny. Magnetick� pole sv�m p�soben�m zak�ivuje jejich dr�hu, tak�e se pohybuj� po spir�lov� dr�ze. Prvn� cyklotron postavil roku 1931 americk� fyzik Lawrence.