Elektrostatik

Elektrostatik etki: köpük fıstıkların statik elektrik nedeniyle kedinin tüylerine yapışması. Triboelektrik etki, kedinin hareketleri nedeniyle kürk yüzeyinde elektrostatik bir yük oluşmasına neden olur. Yükün elektrik alanı, elektrostatik indüksiyon nedeniyle köpük moleküllerinin kutuplaşmasına neden olarak hafif plastik parçaların yüklü kürke hafif bir şekilde çekilmesine neden olur. Bu etki aynı zamanda giysilerdeki statik yapışmanın da nedenidir. ⓘ

Elektrostatik, durağan haldeki elektrik yüklerini (statik elektrik) inceleyen bir fizik dalıdır. ⓘ

Klasik zamanlardan beri, kehribar gibi bazı malzemelerin sürtünme sonrasında hafif parçacıkları çektiği bilinmektedir. Kehribar için kullanılan Yunanca kelime, ἤλεκτρον (ḗlektron), bu nedenle 'elektrik' kelimesinin kaynağı olmuştur. Elektrostatik olaylar, elektrik yüklerinin birbirleri üzerinde uyguladıkları kuvvetlerden kaynaklanır. Bu tür kuvvetler Coulomb yasası ile tanımlanır. ⓘ

Elektrostatik olarak indüklenen kuvvetler oldukça zayıf gibi görünse de, bazı elektrostatik kuvvetler nispeten büyüktür. Birlikte bir hidrojen atomunu oluşturan bir elektron ve bir proton arasındaki kuvvet, aralarında etkili olan yerçekimi kuvvetinden yaklaşık 36 mertebe daha güçlüdür. ⓘ

Bir paketten çıkarıldıktan sonra plastik ambalajın kişinin elini çekmesi kadar basit olanlardan, tahıl silolarının görünüşte kendiliğinden patlamasına, üretim sırasında elektronik bileşenlerin hasar görmesine ve fotokopi makinesi ve lazer yazıcının çalışmasına kadar birçok elektrostatik olay örneği vardır. Elektrostatik, diğer yüzeylerle temas nedeniyle nesnelerin yüzeyinde yük birikmesini içerir. Yük değişimi herhangi iki yüzey temas ettiğinde ve ayrıldığında gerçekleşse de, yük değişiminin etkileri genellikle sadece yüzeylerden en az biri elektrik akışına karşı yüksek direnç gösterdiğinde fark edilir, çünkü transfer olan yükler etkilerinin gözlemlenebilmesi için yeterince uzun bir süre boyunca orada hapsolur. Bu yükler daha sonra ya yere akıncaya ya da bir deşarj tarafından hızla nötralize edilinceye kadar nesne üzerinde kalır. Bilinen statik "şok" olgusu, yalıtılmış yüzeylerle temas sonucu vücutta biriken yükün nötralize edilmesinden kaynaklanır. ⓘ

Kedinin kürküne tutunan strafor paket dolgusu ⓘ

Elektrostatik, fotokopi makinesinin çalışması kadar basit örnekler içerir. ⓘ

Coulomb yasası

Coulomb yasası şöyle der: "İki noktasal yük arasındaki elektrostatik çekim veya itme kuvvetinin büyüklüğü, yüklerin büyüklüklerinin çarpımıyla doğru orantılıdır ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır. ⓘ

Kuvvet, onları birleştiren düz çizgi boyuncadır. İki yük aynı işarete sahipse, aralarındaki elektrostatik kuvvet iticidir; farklı işaretlere sahiplerse, aralarındaki kuvvet çekicidir. ⓘ

Eğer $r$ iki yük arasındaki mesafe (metre cinsinden) ise, iki nokta yük arasındaki kuvvet (newton cinsinden) $q$ ve $Q$ (coulomb cinsinden)'dir:

$F={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}{\frac {qQ}{r^{2}}}=k_{0}{\frac {qQ}{r^{2}}}\,,$ ⓘ

Burada ε₀ vakum geçirgenliği veya boş alan geçirgenliğidir:

$\varepsilon _{0}\approx 8.854\ 187\ 817\times 10^{-12}\;\;\mathrm {C^{2}\ N^{-1}\ m^{-2}} .$ ⓘ

ε₀'ın SI birimleri eşdeğer olarak A²s⁴ kg-1m-3 veya C²N-1m-2 veya F m-1'dir. Coulomb sabiti:

$k_{0}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\approx 8.987\ 551\ 792\times 10^{9}\;\;\mathrm {N\ m^{2}\ C} ^{-2}.$ ⓘ

Tek bir proton e yüküne sahiptir ve elektron -e yüküne sahiptir, burada,

$e=1.602\ 176\ 634\times 10^{-19}\;\;\mathrm {C} .$ ⓘ

Bu fiziksel sabitler (ε₀, k₀, e) şu anda e tam olarak tanımlanacak şekilde tanımlanmıştır ve ε₀ ve k₀ ölçülen büyüklüklerdir. ⓘ

$F={\frac {Q_{1}Q_{2}}{4\pi r^{2}\varepsilon _{0}}}\ ,$ ⓘ

Elektrik alanı

Yakındaki bir pozitif yükün (+) elektrostatik alanı (oklu çizgiler), iletken nesnelerdeki hareketli yüklerin elektrostatik indüksiyon nedeniyle ayrılmasına neden olur. Negatif yükler (mavi) çekilir ve nesnenin dış yüke bakan yüzeyine doğru hareket eder. Pozitif yükler (kırmızı) ise itilir ve uzakta kalan yüzeye doğru hareket eder. Bu indüklenmiş yüzey yükleri tam olarak doğru boyut ve şekildedir, böylece karşıt elektrik alanları metalin iç kısmı boyunca dış yükün elektrik alanını iptal eder. Bu nedenle, iletken bir nesnenin içindeki her yerde elektrostatik alan sıfırdır ve elektrostatik potansiyel sabittir. ⓘ

Elektrik alanı, ${\vec {E}}$coulomb başına newton veya metre başına volt birimlerinde, noktasal yüklerin konumu dışında (burada sonsuza sapar) her yerde tanımlanabilen bir vektör alanıdır. Elektrostatik kuvvet olarak tanımlanır ${\vec {F}}\,$ Coulomb Yasası nedeniyle noktadaki varsayımsal küçük bir test yükü üzerinde newton cinsinden, yükün büyüklüğüne bölünür $q\,$ coulomb cinsinden

${\vec {E}}={{\vec {F}} \over q}$ ⓘ

Elektrik alan çizgileri, elektrik alanını görselleştirmek için kullanışlıdır. Alan çizgileri pozitif yük üzerinde başlar ve negatif yük üzerinde sonlanır. Her noktada elektrik alanının yönüne paraleldirler ve bu alan çizgilerinin yoğunluğu, herhangi bir noktadaki elektrik alanının büyüklüğünün bir ölçüsüdür. ⓘ

Bir koleksiyon düşünün $N$ yük parçacıkları $Q_{i}$noktalarında bulunan ${\vec {r}}_{i}$ (kaynak noktaları olarak adlandırılır), elektrik alanı ${\vec {r}}$ (alan noktası olarak adlandırılır):

${\vec {E}}({\vec {r}})={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\sum _{i=1}^{N}{\frac {{\widehat {\mathcal {R}}}_{i}Q_{i}}{\left\|{\mathcal {\vec {R}}}_{i}\right\|^{2}}},$ ⓘ

nerede ${\vec {\mathcal {R}}}_{i}={\vec {r}}-{\vec {r}}_{i},$ bir kaynak noktasından yer değiştirme vektörüdür ${\vec {r}}_{i}$ alan noktasına ${\vec {r}}$ve ${\widehat {\mathcal {R}}}_{i}={\vec {\mathcal {R}}}_{i}/\left\|{\vec {\mathcal {R}}}_{i}\right\|$ alanın yönünü gösteren bir birim vektördür. Orijindeki tek bir noktasal yük için bu elektrik alanının büyüklüğü $E=k_{e}Q/{\mathcal {R}}^{2},$ ve pozitif ise bu yükten uzağı işaret eder. Kuvvetin (ve dolayısıyla alanın) tek tek kaynak parçacıklardan kaynaklanan tüm katkıların toplanmasıyla hesaplanabilmesi, süperpozisyon ilkesinin bir örneğidir. Bir yük dağılımı tarafından üretilen elektrik alanı, hacim yük yoğunluğu ile verilir $\rho ({\vec {r}})$ ve bu toplam üçlü integral haline dönüştürülerek elde edilebilir:

${\vec {E}}({\vec {r}})={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\iiint {\frac {{\vec {r}}-{\vec {r}}\,'}{\left\|{\vec {r}}-{\vec {r}}\,'\right\|^{3}}}\rho ({\vec {r}}\,')\,\mathrm {d} ^{3}r\,'$ ⓘ

Bu tanımlama ve Coulomb Kanunu düşünülecek olduğunda tek noktasal yükün Q oluşturduğu electrik alanın E büyüklüğü :

$E({\vec {r}})={\frac {Q}{4\pi \ r^{2}\varepsilon _{0}}}.$ ⓘ

Gauss yasası

Gauss yasası, "bir elektrik alanı içinde çizilen herhangi bir şekle sahip boş uzaydaki herhangi bir kapalı yüzeyden geçen toplam elektrik akısının, yüzey tarafından çevrelenen toplam elektrik yükü ile orantılı olduğunu" belirtir. Matematiksel olarak, Gauss yasası bir integral denklem biçimini alır:

$\oint _{S}{\vec {E}}\cdot \mathrm {d} {\vec {A}}={\frac {1}{\varepsilon _{0}}}\,Q_{\text{enclosed}}=\int _{V}{\rho \over \varepsilon _{0}}\cdot \mathrm {d} ^{3}r,$ ⓘ

nerede $\mathrm {d} ^{3}r=\mathrm {d} x\ \mathrm {d} y\ \mathrm {d} z$ bir hacim elemanıdır. Yük bir yüzeye veya bir çizgi boyunca dağıtılmışsa $\rho \,\mathrm {d} ^{3}r$ tarafından $\sigma \,\mathrm {d} A$ veya $\lambda \,\mathrm {d} \ell$. Diverjans teoremi Gauss Yasası'nın diferansiyel formda yazılmasını sağlar:

${\vec {\nabla }}\cdot {\vec {E}}={\rho \over \varepsilon _{0}}.$ ⓘ

nerede ${\vec {\nabla }}\cdot$ ıraksama operatörüdür. ⓘ

Alternatif olarak denklem difaransiyel olarak gösterilebilir:

${\vec {\nabla }}\cdot \varepsilon _{0}{\vec {E}}=\rho .$ ⓘ

Poisson ve Laplace denklemleri

Elektrostatik potansiyelin tanımı, Gauss yasasının diferansiyel formuyla (yukarıda) birleştirildiğinde, potansiyel Φ ile yük yoğunluğu ρ arasında bir ilişki sağlar:

${\nabla }^{2}\phi =-{\rho \over \varepsilon _{0}}.$ ⓘ

Bu ilişki Poisson denkleminin bir şeklidir. Eşlenmemiş elektrik yükünün yokluğunda, denklem Laplace denklemine dönüşür:

${\nabla }^{2}\phi =0,$ ⓘ

Elektrostatik yaklaşım

Elektrostatik yaklaşımın geçerliliği, elektrik alanının dönmez olduğu varsayımına dayanır:

${\vec {\nabla }}\times {\vec {E}}=0.$ ⓘ

Faraday yasasına göre, bu varsayım zamanla değişen manyetik alanların yokluğu ya da yok denecek kadar az olduğu anlamına gelir:

${\partial {\vec {B}} \over \partial t}=0.$ ⓘ

Başka bir deyişle, elektrostatik manyetik alanların ya da elektrik akımlarının yokluğunu gerektirmez. Aksine, eğer manyetik alanlar ya da elektrik akımları varsa, bunların zamanla değişmemesi ya da en kötü ihtimalle zamanla çok yavaş değişmesi gerekir. Bazı problemlerde, doğru tahminler için hem elektrostatik hem de manyetostatik gerekli olabilir, ancak ikisi arasındaki bağlantı yine de göz ardı edilebilir. Elektrostatik ve manyetostatik, elektromanyetizma için Galile sınırları olarak görülebilir. ⓘ

Elektrostatik potansiyel

Elektrik alanı dönmez olduğundan, elektrik alanını skaler bir fonksiyonun gradyanı olarak ifade etmek mümkündür, $\phi$elektrostatik potansiyel (voltaj olarak da bilinir) olarak adlandırılır. Bir elektrik alanı, $E$yüksek elektrik potansiyeli olan bölgelerden düşük elektrik potansiyeli olan bölgelere işaret eder, matematiksel olarak şu şekilde ifade edilir

${\vec {E}}=-{\vec {\nabla }}\phi .$ ⓘ

Gradyan teoremi, elektrostatik potansiyelin, bir yükü bir noktadan diğerine taşımak için gereken birim yük başına iş miktarı olduğunu belirlemek için kullanılabilir. $a$ işaret etmek $b$ aşağıdaki çizgi integrali ile:

$-\int _{a}^{b}{{\vec {E}}\cdot \mathrm {d} {\vec {\ell }}}=\phi ({\vec {b}})-\phi ({\vec {a}}).$ ⓘ

Bu denklemlerden, elektrik alanının yok olduğu herhangi bir bölgede (iletken bir nesnenin içinde olduğu gibi) elektrik potansiyelinin sabit olduğunu görürüz. ⓘ

Elektrostatik enerji

Bir test parçacığının potansiyel enerjisi, $U_{\mathrm {E} }^{\text{single}}$, işin çizgi integralinden hesaplanabilir, $q_{n}{\vec {E}}\cdot \mathrm {d} {\vec {\ell }}$. Sonsuzdaki bir noktadan integral alıyoruz ve bir $N$ yük parçacıkları $Q_{n}$, zaten noktalarda yer almaktadır ${\vec {r}}_{i}$. Bu potansiyel enerji (Joule cinsinden):

$U_{\mathrm {E} }^{\text{single}}=q\phi ({\vec {r}})={\frac {q}{4\pi \varepsilon _{0}}}\sum _{i=1}^{N}{\frac {Q_{i}}{\left\|{\mathcal {{\vec {R}}_{i}}}\right\|}}$ ⓘ

nerede ${\vec {\mathcal {R_{i}}}}={\vec {r}}-{\vec {r}}_{i}$ her bir yükün uzaklığıdır $Q_{i}$ test yükünden $q$noktasında bulunan ${\vec {r}}$ve $\phi ({\vec {r}})$ 'de olması gereken elektrik potansiyelidir. ${\vec {r}}$ Eğer test yükü mevcut olmasaydı. Eğer sadece iki yük mevcutsa, potansiyel enerji $k_{e}Q_{1}Q_{2}/r$. N yükten oluşan bir koleksiyona bağlı toplam elektrik potansiyel enerjisi, bu parçacıkların teker teker bir araya getirilmesiyle hesaplanır:

$U_{\mathrm {E} }^{\text{total}}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\sum _{j=1}^{N}Q_{j}\sum _{i=1}^{j-1}{\frac {Q_{i}}{r_{ij}}}={\frac {1}{2}}\sum _{i=1}^{N}Q_{i}\phi _{i},$ ⓘ

Burada, j = 1'den N'ye kadar olan aşağıdaki toplam, i = j'yi hariç tutar:

$\phi _{i}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}\sum _{\stackrel {j=1}{j\neq i}}^{N}{\frac {Q_{j}}{r_{ij}}}.$ ⓘ

Bu elektrik potansiyeli, $\phi _{i}$ 'de ölçülecek olan şeydir. ${\vec {r}}_{i}$ eğer suçlama $Q_{i}$ eksikti. Bu formül, dağınık bir yük bulutundan her bir noktasal yükü bir araya getirmek için gerekli olan (sonsuz) enerjiyi açıkça hariç tutmaktadır. Yükler üzerindeki toplam, şu reçete kullanılarak yük yoğunluğu üzerinde bir integral haline dönüştürülebilir ${\textstyle \sum (\cdots )\rightarrow \int (\cdots )\rho \,\mathrm {d} ^{3}r}$:

$U_{\mathrm {E} }^{\text{total}}={\frac {1}{2}}\int \rho ({\vec {r}})\phi ({\vec {r}})\,\mathrm {d} ^{3}r={\frac {\varepsilon _{0}}{2}}\int \left|{\mathbf {E} }\right|^{2}\,\mathrm {d} ^{3}r,$ ⓘ

Elektrostatik enerji için bu ikinci ifade, elektrik alanının elektrik potansiyelinin negatif gradyanı olduğu gerçeğini ve parçalarla integral almaya benzeyen bir şekilde vektör hesabı özdeşliklerini kullanır. Elektrik alan enerjisi için bu iki integral, elektrostatik enerji yoğunluğu için birbirini dışlayan iki formüle işaret ediyor gibi görünmektedir, yani ${\textstyle {\frac {1}{2}}\rho \phi }$ ve ${\textstyle {\frac {1}{2}}\varepsilon _{0}E^{2}}$Toplam elektrostatik enerji için ancak her ikisi de tüm uzay üzerinde entegre edildiğinde eşit değerler verirler. ⓘ

Elektrostatik basınç

Bir iletken üzerinde, bir elektrik alanının varlığında bir yüzey yükü bir kuvvete maruz kalacaktır. Bu kuvvet, yüzey yükündeki süreksiz elektrik alanının ortalamasıdır. Bu ortalama, yüzeyin hemen dışındaki alan açısından şu anlama gelir:

$P={\frac {\varepsilon _{0}}{2}}E^{2},$ ⓘ

Bu basınç, yüzey yükünün işaretinden bağımsız olarak iletkeni alanın içine çekme eğilimindedir. ⓘ

Triboelektrik Etkisi

Triboelektrik Etkisi belirli materyallerin birbirine dokundurulması ve daha sonra ayrılması sonucu elektriksel olarak yüklenmesi olarak tanımlanan bir çeşit dokunma ile elektriklenme etkisidir. Materyallerden birisi pozitif bir yükle yüklendiğinde diğeri pozitif yüke eşit negatif bir yük elde eder. Oluşturulan yüklerin Polarizasyonu ve gücü materyale, yüzey pürüssüzlüğüne, sıcaklığa, gerilmeye ve diğer özelliklere bağlı değişir. Örneğin kehribar yün ile sürtünmesi sonucu elektriksel yük kazanabilir. Bu özellik ilk olarak Thales tarafından bulunmuş olup, bu buluş insanlık tarafından saptanan ilk elektriksel olaydır. Camın ipek ile, sert kauçuğun kürk ile sürtünmesi materyallerin önemli sayıda yük kazandığını gösteren diğer örneklerdir. ⓘ

Elektrostatik jeneratörler

Yüzey yükü dengesizliğinin varlığı, nesnelerin çekici veya itici kuvvetler sergileyeceği anlamına gelir. Statik elektriği ortaya çıkaran bu yüzey yükü dengesizliği, iki farklı yüzeyin birbirine dokundurulması ve ardından temas elektrifikasyonu ve triboelektrik etki fenomenleri nedeniyle ayrılmasıyla oluşturulabilir. İki iletken olmayan nesnenin sürtünmesi büyük miktarda statik elektrik üretir. Bu sadece sürtünmenin bir sonucu değildir; iki iletken olmayan yüzey sadece üst üste konarak da yüklenebilir. Çoğu yüzey pürüzlü bir dokuya sahip olduğundan, temas yoluyla yüklenme sürtünmeye göre daha uzun sürer. Nesneleri birbirine sürtmek, iki yüzey arasındaki yapışkan temas miktarını artırır. Genellikle yalıtkanlar, yani elektriği iletmeyen maddeler, hem yüzey yükü oluşturmada hem de bunu tutmada iyidir. Bu maddelerin bazı örnekleri kauçuk, plastik, cam ve özdür. İletken nesneler, metal bir yüzeyin katı veya sıvı iletken olmayan maddelerden etkilenmesi dışında nadiren yük dengesizliği yaratır. Temasla elektriklenme sırasında aktarılan yük, her nesnenin yüzeyinde depolanır. Elektrostatik jeneratörler, çok düşük akımda çok yüksek voltaj üreten ve sınıf içi fizik gösterilerinde kullanılan cihazlar, bu etkiye dayanır. ⓘ

Elektrik akımının varlığı elektrostatik kuvvetleri, kıvılcımı, korona deşarjını ya da diğer olayları azaltmaz. Her iki olgu da aynı sistemde eş zamanlı olarak var olabilir. ⓘ

Ayrıca bakınız: Wimshurst makinesi ve Van de Graaff jeneratörü. ⓘ

Yük nötralizasyonu

En bilinen doğal elektrostatik fenomen, genellikle düşük nemli mevsimlerde ara sıra yaşanan bir sıkıntı olarak kabul edilen Statik elektriktir. Statik elektrik genellikle zararsızdır, ancak bazı durumlarda (örneğin elektronik üretimi) yıkıcı ve zararlı olabilir. Entegre devre elektroniği ile doğrudan temas halinde çalışırken (özellikle hassas MOSFET'ler). Yanıcı gazların bulunduğu ortamlarda statik yükün birikmesini ve aniden boşalmasını önlemek için dikkatli olunmalıdır (bkz. Elektrostatik boşalma). ⓘ

Elektrostatik indüksiyon

1753'te İngiliz bilim adamı John Canton ve 1762'de İsveçli profesör Johan Carl Wilcke tarafından keşfedilen elektrostatik indüksiyon, yakındaki bir yükün elektrik alanının neden olduğu bir nesnede yüklerin yeniden dağılımıdır. Örneğin, pozitif yüklü bir nesne yüksüz bir metal nesneye yaklaştırılırsa, metaldeki hareketli negatif yüklü elektronlar dış yük tarafından çekilecek ve metalin ona bakan tarafına doğru hareket ederek yüzeyde negatif bir yük oluşturacaktır. Elektronlar bir bölgeden dışarı çıktıklarında metal atomlarının çekirdekleri nedeniyle pozitif bir yük bırakırlar, böylece metal nesnenin yükten uzağa bakan tarafı pozitif bir yük kazanır. Bu indüklenmiş yükler, harici yük kaldırıldığında kaybolur. İndüksiyon ayrıca balonlar, kağıt parçaları ve köpük ambalaj fıstıkları gibi hafif nesnelerin statik yüklere çekilmesinden de sorumludur. İletken nesnelerde indüklenen yüzey yükleri, iletken içindeki harici elektrik alanlarını tam olarak iptal eder, bu nedenle metal bir nesnenin içinde elektrik alanı yoktur. Bu, bir Faraday kafesinin elektrik alanını koruma etkisinin temelidir. Elektrik alanı voltajın eğimi olduğundan, elektrostatik indüksiyon aynı zamanda elektrik potansiyelinin (voltaj) iletken bir nesne boyunca sabit kalmasından da sorumludur. ⓘ

Statik elektrik

Romanya'da Oradea üzerinde yıldırım ⓘ

Michael Faraday'ın elektriklerin özdeşliği üzerine yaptığı deneyin sonuçlarını yayınladığı 1832 yılından önce, fizikçiler "statik elektriğin" diğer elektrik yüklerinden bir şekilde farklı olduğunu düşünüyorlardı. Michael Faraday, mıknatıstan kaynaklanan elektriğin, bir pil tarafından üretilen voltaik elektriğin ve statik elektriğin hepsinin aynı olduğunu kanıtladı. ⓘ

Statik elektrik genellikle plastik üzerindeki yün ya da halı üzerindeki ayakkabı tabanı gibi belirli malzemeler birbirine sürtündüğünde ortaya çıkar. Bu işlem elektronların bir malzemenin yüzeyinden çekilmesine ve diğer malzemenin yüzeyinde yer değiştirmesine neden olur. ⓘ

Elektronlarla negatif yüklü ikinci malzemenin yüzeyi pozitif yüklü bir iletkene temas ettiğinde veya tam tersi olduğunda statik şok meydana gelir. ⓘ

Statik elektrik genellikle xerografi, hava filtreleri ve imalatta kullanılan bazı kaplama işlemlerinde kullanılır. Statik elektrik, birbirinden ayrılmış iki nesne üzerinde elektrik yüklerinin birikmesidir. Küçük elektrikli bileşenler statik elektrikten zarar görebilir ve bileşen üreticileri bunu önlemek için bir dizi antistatik cihaz kullanır. ⓘ

Statik elektrik ve kimya endüstrisi

Farklı malzemeler bir araya getirilip ayrıldığında, bir malzeme pozitif yüklenirken diğerinin negatif yüklenmesine neden olan bir elektrik yükü birikimi meydana gelebilir. Halı üzerinde yürüdükten sonra topraklanmış bir nesneye dokunduğunuzda yaşadığınız hafif şok, ayakkabılarınız ve halı arasındaki sürtünmeden dolayı vücudunuzda biriken aşırı elektrik yüküne bir örnektir. Bunun sonucunda vücudunuzda oluşan yük birikimi güçlü bir elektrik boşalmasına neden olabilir. Statik elektrikle deney yapmak eğlenceli olsa da, benzer kıvılcımlar, küçük bir elektrik kıvılcımının patlayıcı karışımları tutuşturabileceği ve yıkıcı sonuçlar doğurabileceği yanıcı maddelerle uğraşan endüstrilerde ciddi tehlikeler yaratır. ⓘ

Benzer bir şarj mekanizması boru hatlarından akan düşük iletkenliğe sahip sıvılarda da meydana gelebilir; bu sürece akış elektrifikasyonu adı verilir. Düşük elektrik iletkenliğine sahip (metre başına 50 pikosiemensin altında) akışkanlar akümülatör olarak adlandırılır. İletkenlikleri 50 pS/m'nin üzerinde olan akışkanlar ise akümülatör olmayanlar olarak adlandırılır. Akümülatör olmayanlarda yükler ayrıldıkları kadar hızlı bir şekilde yeniden birleşir ve bu nedenle elektrostatik yük oluşumu önemli değildir. Petrokimya endüstrisinde 50 pS/m, bir akışkandan yükün yeterli düzeyde uzaklaştırılması için önerilen minimum elektriksel iletkenlik değeridir. ⓘ

Yalıtkan akışkanlar için önemli bir kavram statik gevşeme süresidir. Bu, bir RC devresindeki zaman sabitine (tau) benzer. Yalıtkan malzemeler için, statik dielektrik sabitinin malzemenin elektrik iletkenliğine bölünmesiyle elde edilen orandır. Hidrokarbon akışkanlar için bu, bazen 18 sayısının akışkanın elektrik iletkenliğine bölünmesiyle yaklaşık olarak hesaplanır. Dolayısıyla elektrik iletkenliği 1 pS/cm (100 pS/m) olan bir sıvının tahmini gevşeme süresi yaklaşık 18 saniye olacaktır. Akışkan içindeki aşırı yük, gevşeme süresinin 4 ila 5 katından sonra veya yukarıdaki örnekteki akışkan için 90 saniye sonra neredeyse tamamen dağılacaktır. ⓘ

Yük oluşumu daha yüksek akışkan hızlarında ve daha büyük boru çaplarında artar, 8 inç (200 mm) veya daha büyük borularda oldukça önemli hale gelir. Bu sistemlerde statik yük oluşumu en iyi şekilde akışkan hızının sınırlandırılmasıyla kontrol edilir. İngiliz standardı BS PD CLC/TR 50404:2003 (eski adıyla BS-5958-Bölüm 2) İstenmeyen Statik Elektriğin Kontrolü için Uygulama Kuralları hız limitlerini öngörmektedir. Dielektrik sabiti üzerindeki büyük etkisi nedeniyle, su içeren hidrokarbon sıvıları için önerilen hız 1 m/s ile sınırlandırılmalıdır. ⓘ

Bağlama ve topraklama, yük birikiminin önlenebileceği olağan yollardır. Elektrik iletkenliği 10 pS/m'nin altında olan akışkanlar için, bağlama ve topraklama yük dağılımı için yeterli değildir ve anti-statik katkı maddeleri gerekebilir. ⓘ

Uygulanabilir standartlar

• BS PD CLC/TR 50404:2003 İstenmeyen Statik Elektriğin Kontrolü için Uygulama Kuralları
• NFPA 77 (2007) Statik Elektrik Üzerine Önerilen Uygulama
• API RP 2003 (1998) Statik, Yıldırım ve Kaçak Akımlardan Kaynaklanan Tutuşmalara Karşı Koruma ⓘ

Ticari uygulamalarda elektrostatik indüksiyon

Elektrostatik indüksiyon geçmişte etki makineleri olarak bilinen yüksek voltajlı jeneratörlerin yapımında kullanılmıştır. Bu zamanlarda ortaya çıkan ana bileşen kondansatördür. Elektrostatik indüksiyon ayrıca elektro-mekanik çökeltme veya projeksiyon için de kullanılır. Bu tür teknolojilerde, küçük boyutlardaki yüklü parçacıklar yüzeylerde kasıtlı olarak toplanır veya biriktirilir. Uygulamalar elektrostatik çökelticiden elektrostatik kaplama ve inkjet baskıya kadar uzanmaktadır. ⓘ

Elektrostatik aktüatörler son zamanlarda yumuşak robotik araştırma alanında ilgi çekmektedir. Elektrostatik aktüatörler, mekanik empedans ayarı ve gelişmiş enerji verimliliği sergileyebilen giyilebilir cihazlar için debriyaj olarak kullanılabilir. Diğer ilgili uygulamalar arasında, giyilebilir haptikler için çok modlu hidrolik olarak güçlendirilmiş elektrostatik aktüatörler ve elektrostatik aktüatör tarafından tahrik edilen robotlar yer almaktadır. ⓘ