Statická elektřina v přírodě – vznik a projevy

V přírodě se elektřina přirozeně vyskytuje ve statické podobě. Je nahromaděná na jednom místě, na rozdíl od elektrického proudu, který se pohybuje z jednoho místa na druhý. Statická elektřina má v přírodě na svědomí i blesky křižující oblohu.

Vznik statické elektřiny

Elektřina je jev, který vzniká usměrněním toku energie za předpokladu, že v jeho okolí existuje nerovnovážný stav energie. Při posuzování elektřiny můžeme vycházet z toho, jak funguje magnetismus, protože jsou tyto jevy úzce propojené. Statická elektřina vzniká nejčastěji, pokud nerovnováhu způsobí vyšší hustota energie. Tento způsob vzniku elektřiny je v přírodě nejběžnějším jevem.

Nejjednodušším příkladem vzniku elektřiny je situace v bouřkových mracích. Zde se malé kapičky vody spojují do stále větších kapek. Jinými slovy, jedná se pouze o změnu geometrie těles. Když se dvě kapky spojí do jedné, jejich objem zůstává stejný, ale povrch se výrazně změní. Na povrchu těles (ať už pevných nebo kapalných) dochází ke zhuštění a zpomalení energie před tím, než projde skrz těleso.

Když se dvě kapky spojí a povrch se zmenší, vzniká nutně nerovnováha mezi energií na povrchu těles a energií v okolí. Pokud ke slučování kapek dochází rychleji a kapky se neustále zvětšují, tato energie může unikat, často ve formě blesku.

Tento princip platí pro vznik jakékoliv statické elektřiny. Změna velikosti plochy, na které se nachází zhuštěná energie, vždy vede k nerovnováze energie s okolím, což nazýváme statickou elektřinou.

Čtěte také: Dopad limitů na energetiku

Tuto změnu lze dosáhnout například chladnutím tělesa. Působivým příkladem je výbuch sopky, kde částečky plynů při chladnutí mění velikost svého povrchu, což může způsobit, že kráter sopky je obklopen blesky.

Projevy statické elektřiny v přírodě

Blesky

Ty v někom vzbuzují obdiv a úctu před přírodními silami, v někom naopak děs a hrůzu. Jsou to přírodní elektrostatické výboje, vznikající při bouřkách tak, že se částečky vody a ledu v bouřkových mracích vzájemnými srážkami nabíjejí statickou elektřinou. Když je náboj dost velký, prorazí si elektřina cestu atmosférou a nastává výboj v podobě blesku.

V jednom průměrném roce se v České republice vyskytuje 25 až 40 bouřkových dní a blesky každoročně zapříčiní vznik požárů, které zasáhnou lidská obydlí.

Jako první dokázal souvislost blesků s elektřinou americký státník a diplomat Benjamin Franklin. Atmosférickou elektřinou se zabýval i nadále a vynalezl tak první bleskosvod pro ochranu budov před blesky. Nezávisle na něm ho také vynalezl známý český vynálezce, Prokop Diviš. Návrh zařízení k „vysávání atmosférické elektřiny“, kterému říkal meteorologický stroj, měl připraven dokonce dříve než Franklin. Funkce přepěťových ochran se testuje v laboratorních podmínkách, kde se pomocí rázového generátoru simulují účinky blesku na elektrická zařízení.

Kruhy v obilí

Se zvláštní teorií přišel elektroinženýr Geoff Wain, podle kterého vše způsobuje statická elektřina. Ta vzniká při větru vzájemným třením obilí o sebe. Za suchého počasí se tento náboj nevybije, nýbrž se ukládá jako v kondenzátoru. Když je pak dosaženo mezní kapacity, vybije se v jediném náhlém energetickém impulsu. Statická elektřina a rotující sloupec vzduchu, se kterým se za letního horkého počasí můžeme běžně setkat, pak vytvoří nevídané tvary.

Čtěte také: Emise CO2 v energetice

Elektřina a hmyz

Letící roj včel může naakumulovat překvapivě silný elektrický náboj, který dosáhne hodnot typických pro bouřková mračna. Tělo hmyzu se během letu nabíjí kladně, a to jak třením křídel o molekuly plynů ve vzduchu, tak i kontaktem s nabitými předměty, k nimž patří třeba květy rostlin.

Hmyz i další členovci elektrický náboj svých těl využívají ve svůj prospěch. Včely si díky elektrickému náboji na sebe lepí pylová zrna. Ta tak mohou na tělo včely přeskočit z květu až na vzdálenost několika centimetrů. Pavoučí sítě zase negativně nabitými vlákny přitahují kladně nabitou letící kořist.

Trojici vědců z Fakulty přírodních věd Bristolské univerzity se podařilo odhalit zcela nečekaný fyzikální jev, který klíšťatům pomáhá rychle doslova naskočit na kolem jdoucí oběť. Je to statická elektřina, která drobnému, v dospělosti asi 3 až 4milimetrovému členovci umožňuje v mžiku překonat vzdálenost několikanásobně větší, než je on sám. Podobně jako drobné útržky papíru se zvednou a přichytí na umělohmotný hřeben, kterým byly právě rozčesány dlouhé vlasy.

Autoři v úvodu svého článku stručně shrnují princip: „většina suchozemských živočichů přirozeně akumuluje elektrostatické náboje, což znamená, že vytvářejí elektrické síly, které interagují s jinými náboji v jejich prostředí, včetně těch, jež se tvoří na jiných organismech… Je známo, že savci, ptáci a plazi nesou znatelné elektrostatické náboje, které odpovídají povrchovým potenciálům v řádu stovek až desítek tisíc voltů.

Na povrchu plochého, chitinovým štítem chráněného těla se indukuje opačný náboj, než je na těle jeho nadějného hostitele. Případně na povrchu speciální elektrody, kterou výzkumníci tento jev testovali při různých intenzitách elektrického pole, aby prověřili nejnižší účinné parametry. Tedy kdy a na jakou vzdálenost dochází k přitažení klíštěte.

Čtěte také: Zelená energie v České republice

Kromě čistě vědeckých důsledků otevírá tento objev prostor pro vývoj nových technologií, například bezpečných antistatických sprejů, které by minimalizovaly elektrostatickou sílou podmíněný přeskok klíštěte na člověka, domácí, nebo hospodářské zvíře. V případě nás lidí se jedná zejména o naše oblečení. Mnohé syntetické materiály dokážou na svém povrchu vytvořit a po jistou dobu uchovat poměrně vysoký elektrický náboj, což můžeme částečně eliminovat použitím aviváže při praní.

Elektrický potenciál hmyzích rojů

Během tří minut, kdy včely vylétaly z úlů, stoupl elektrický potenciál nad úlem na 100 voltů na metr. Pokud z úlu vylétl roj, vytvořil se elektrický potenciál 1 000 voltů na metr, což je šestkrát víc než u prachových bouří a osmkrát víc než u běžných bouřkových mračen. Čím semknutější je včelí roj, tím vyšší elektrický potenciál generuje.

Tato měření vědcům umožnila modelovat elektrické potenciály vytvářené hejny jiných druhů hmyzu, např. Saranče stěhovavá může vytvářet ohromná hejna o rozloze až 1 200 kilometrů čtverečních. V těchto hejnech bychom na kilometru čtverečním napočítali přes šedesát milionů sarančí. Takové hejno generuje elektrický potenciál plně srovnatelný s bouřkovým mračnem.

Vzniklé elektrické pole může ionizovat částice prachu, ale i částice nesoucí nejrůznější polutanty a ty pak mění směr pohybu. Mohou pak klesat k zemskému povrchu na místech, kde by to nikdo nepředpokládal. Významná je i změna směru pohybu částic, které se udrží ve vzduchu. Mnohé z těchto částic slouží jako kondenzační jádra a podílejí se na srážení vodních par a vzniku mraků.

Materiály vodivé a nevodivé

Materiály se dělí na vodivé a nevodivé. Vodivé materiály umožňují snadný tok elektrické energie, zatímco nevodivé materiály elektrický tok brání. Vodiče jsou materiály, které umožňují průchod energie ve formě elektřiny díky svým vlastnostem a tvaru. Polovodiče jsou materiály, jejichž molekuly mohou zaujmout jedinou specifickou polohu, která umožňuje průchod elektřiny.

tags: #statická #elektřina #v #přírodě #vznik

Oblíbené příspěvky:

• Vodní potravní řetězce
• Kompostování kalu z ČOV
• Účtování poplatku za skládkování
• Techniky maskování pro airsoft
• Více o emisi dluhopisů