Физика маски для лица N95

Jul 20, 2023

Ретт Аллен

На дворе 2022 год, и мы все носим маски уже почти два года. И если вы не хирург или строитель, который уже носил их ежедневно, за эти два года вы, вероятно, многое о них узнали — какие из них вам нравятся больше всего, где их взять и есть ли у вас в запасе какие-нибудь дополнительные приспособления. кармане пальто или где-нибудь в машине.

Но знаете ли вы, что делает ценную маску N95 такой особенной? Давай выясним.

Волокна обычных тканевых или бумажных масок для лица отфильтровывают частицы, физически блокируя их, но волокна маски N95 также используют отличный физический трюк. Эти волокна электрически заряжены.

Электрический заряд – одно из фундаментальных свойств всех частиц. Почти все вокруг вас состоит из трех частиц: протона, электрона и нейтрона. (Пока давайте проигнорируем мюоны и нейтрино — обе фундаментальные частицы, которые действительно существуют, — а также другие частицы, которые теоретически возможны.)

Так же, как каждая частица имеет массу, она также имеет заряд. Протон имеет положительный электрический заряд величиной 1,6 х 10-19 кулонов, единицу измерения электрического заряда. Электрон имеет прямо противоположный заряд. В результате нейтрон остается с нулевым зарядом (таким образом, «нейтровая» часть слова «нейтрон»).

Электрический заряд является ключевой частью электростатического взаимодействия, силы между электрическими зарядами. Величина этой силы зависит от величин двух зарядов и расстояния между ними. Мы можем рассчитать эту силу с помощью закона Кулона. Это выглядит так:

В этом выражениик — константа со значением 9 x 109 Н×м2/К2. Обвиненияq1икв2и расстояние между нимир . Это даст силу в ньютонах. Если оба заряда имеют один и тот же знак (либо оба положительные, либо оба отрицательные), то это будет сила отталкивания. Если два заряда имеют разные знаки, то сила притяжения.

Бренда Столяр и Эрик Рэйвенскрафт

Если все состоит из электронов и протонов, не должны ли между всем существовать электрические силы? Ну, типа того. Электроны и протоны очень крошечные. Это означает, что даже в маленькой капле воды будет около 1022 протонов. Эта капля, вероятно, будет иметь такое же количество электронов. (А нейтроны никого не волнуют — по крайней мере, пока.) Таким образом, общий заряд этой капли воды равен нулю кулонов. Даже если в вашей воде есть лишние электроны, общий заряд будет небольшим, поскольку заряд электронов ничтожен. По сути, большая часть того, что вы видите, электрически нейтральна и не содержит электрических сил.

Помните, как однажды вы достали носок из сушилки для белья, и он прилип к вашей рубашке? Если это взаимодействие статического электричества, то как носок зарядился?

Чтобы сделать носок заряженным отрицательно, есть только один способ — убедиться, что в носке больше электронов, чем протонов. Вам понадобится много электронов, возможно, около 1013 дополнительных электронов. (Чтобы дать вам представление о том, насколько велико это число, это будет общее количество купюр, которые вам нужно будет раздать каждому на Земле по 1000 долларов в одиночном разряде.) Все эти дополнительные электроны придадут носку общий отрицательный заряд около 1. микрокулон (1 х 10-6 Кл).

Если вы хотите сделать тот же самый носок положительно заряженным, вместо добавления электронов вы должны удалить их. В результате в носке останется больше протонов, чем электронов, что обеспечит общий положительный заряд. Но вы не можете просто удалить протоны из большинства объектов волей-неволей. Ну, можно, но это может быть очень плохо. Вспомните периодическую таблицу элементов. Допустим, вы начинаете с объекта, состоящего из углерода, в ядре которого имеется шесть протонов. Если удалить один из этих протонов, это уже не будет углерод. Это был бы бор, у которого пять протонов, и вы бы только что создали ядерную реакцию.

Парт Миннесота

Лорен Гуд