Hankaussähköä

Ihokarvat sähkökentässä

4000 voltin sähkökentässä ihokarvat nousevat pystyyn. Kuva: Mika Toivonen

Kylminä talviaamuina villasukat tuntuvat jalassa suorastaan taivaan lahjalta! Villa on pehmeä, kosteutta sitova ja ihanteellinen materiaali lämmöneristykseen.

Lampaasta sellaisenaan kerittynä ja langaksi kehrättynä villa ei kuitenkaan tahdo kestää voimakkaita pesuaineita tai lämpötiloja. Pesukoneen pimeään syöveriin kadotetulle villapaidalle voi yleensä jättää hyvästit. Ainakin se hetkessä venyy ja vanuu muistuttamaan lähinnä aikuiskoon potkuhousuja.

Villan vahvistamiseksi käytetään keinokuituja, esimerkiksi polymetyylimetakrylaattia, eli akryylia tai tuttavallisemmin pleksimuovia. Keinokuituihin sisältyy kuitenkin piirre, mikä kasvattaa alkujaan niin harmittoman luonnonkuituisen villasukan sähköiset ominaisuudet aivan uudelle tasolle.

Kampa ja vesihana

Sähköisesti varautunut kampa vetää puoleensa vesimolekyylejä. Kuva: Mika Toivonen

Sopivasti kokolattiamattoa hangatessa voi muodostua useiden tuhansien, jopa 10 kV:n jännitteitä. Onneksi pulssien lyhytkestoisuuden ja pienten virtojen vuoksi tunnemme tämän lähinnä harmittomana kipinöintinä ja nipistelynä.

Ilmiötä kutsutaan nimellä hankaussähkö tai staattinen sähkö. Varomattomasti ajatellen voi saada käsityksen, että kyseessä olisi jollain tapaa kovin eri tyyppistä sähköä kuin mitä kotimme tuttu pistorasiasähkö tai kauppojen hyllyllä AAA- ja AA-koossa myytävä paristosähkö.

On kuitenkin olemassa vain yhtä ja samaa sähköä. Virta ja jännite tietysti vaihtelevat. Virran kulkusuuntakin voi vaihdella sovitulla taajuudella vaihtovirran aikaansaamiseksi, mutta samaa sähköä kaikki.

Hankaussähkön voi katsoa kuvaavan erästä mahdollista sähkön syntymekanismia, triboelektrisyyttä. Sähkönvarauksia siirretään paikasta A paikkaan B fyysisellä työllä kitkan avulla.

Sähkön syntymekanismeja on toki muitakin, tärkeimpänä sähkömagneettinen induktio, minkä voi katsoa luoneen perustan kaikelle nykypäivän sähkönsiirrolle, generaattoreille ja muuntajille. Pietsosähköisessä ilmiössä sähköä syntyy paineen vaikutuksesta. Termoparissa kahden metallin liitoskohdan lämmittäminen tuottaa sähkövirtaa.

Leydenin pullo

Tiesitkö, että hankaussähköä voi varastoida vanhasta viinipullosta valmistettuun Leydenin pulloon? Kuva: Mika Toivonen

Talvisin kylmä ilma kykenee sitomaan itseensä vähemmän kosteutta, kuivattaen myös talojen sisäilmaa. Kuivan sisäilman voi yleensä ajatella toimivan hyvänä sähköisenä eristeenä. Puhutaan väliaineen suhteellisesta permittiivisyydestä, eli käytännössä kuinka sähkökenttä vaikuttaa ja tulee vaikutetuksi väliaineessa.

Ilman sähköiset ominaisuudet kuitenkin muuttuvat lämpötilan, paineen, ilmankosteuden ja sähkökentän voimakkuuden muuttuessa. Käytännössä mitä kuivempi sisäilma, sen voimakkaampia sähkökenttiä muodostuu.

Aivan kuten salama mieluusti lyö nuotioon tai savupiippuun, riittävän voimakas sähkökenttä myös arkielämän askareiden keskellä voi ionisoida ilmaa, saaden sen lopulta käyttäytymään johteen tavoin.

Pienet salamat ovat iso ongelma elektroniikkateollisuudessa. Siellä aivan kaiken saa maadoittaa henkilökuntaa myöten.

Tämä kirjoitus kuuluu kategoriaan Elämä ja sää. Tagit: , . Pysyvä linkki.

5 vastausta kirjoitukseen

  1. Allu sanoo:

    Salamoista on myös haittaa siinä, jos salma osuu puuhun, puu saattaa syttyä tuleen ja kaatua esim talon päälle. :(

    • Mika Toivonen sanoo:

      Näin se on. Erityisesti puuhun salama iskee juuri sen vuoksi, koska se edustaa terävää piikkiä muuten tasaisessa maastossa. Pintavaraustiheys on suurempi juuri näissä piikkikohdissa sekä myös etäisyys ukkospilveen on aavistuksen lähempänä. Tämä kaikki ikään kuin herkistää salaman iskemään juuri tähän tiettyyn kohtaan. Ilma eristää ja pidättää salamaniskua tiettyyn rajaan asti, mutta ilman läpilyöntijännitteen ylittyessä tapahtuu kipinäpurkaus.

  2. Allu sanoo:

    Onko jäätävänsateen syntymisellä mitään samoja piirteitä, kuin ukkosen syntymisellä? :)

    • Mika Toivonen sanoo:

      Jäätävää sadetta esiintyy tilanteessa, missä maanpinnan lähellä oleva ilmakerros on kylmempää kuin ylemmissä ilmakerroksissa. Satava lumi sulaa matkallaan ensin vedeksi, sitten vesi jäähtyy alle nolla-asteiseksi alijäähtyneeksi vedeksi. Tämä alijäähtynyt vesi jäätyy nopeasti osuessaan tien pintaan.

      Ukkospilven sähkövaraus puolestaan kehittyy pilven sisällä tapahtuvien sisäisten ilmavirtausten vuoksi, missä lumi ja jääkiteet sekä hankaavat toisiaan että toimivat varauksen kuljettajina, muodostaen sähköisesti eri tavoin varautuneita kerroksia pilven sisään. Näiden kerrosten läpilyönti tuottaa ensimmäiset pilvisalamat.

      Hyvin pelkistettynä ilmiö on vastaava kuin blogitekstissä kuvattu triboelektrisyys, mutta ukkospilven rakenne on kyllä kaikkea muuta kuin yksinkertainen. Vaatisi oman blogikirjoituksen tai useammankin, että aiheen pystyisi tyhjentävästi selittämään.

Forecan blogissa on käytössä kommenttien esimoderointi eli blogin ylläpitäjän on hyväksyttävä kommentti ennen kuin se näkyy blogissa. Kommentteja käydään läpi toimistotyöajan puitteissa.

Blogin keskusteluun voi osallistua asiallisilla, aiheeseen liittyvillä ja toisia kunnioittavilla kommenteilla. Viestejä voidaan jättää julkaisematta ylläpidon harkinnan mukaan, esimerkiksi jos viesti on loukkaava, ei liity blogin aiheeseen, sisältää selkeää tahallista provosointia tai on muutoin asiaton.