De ce te curentează clanța?
Mergi pe covor în șosete, atingi clanța și simți o înțepătură. Nimeni n-a băgat nimic în priză. Vinovații sunt niște electroni care s-au mutat de unde nu trebuia.
Electronii care se mută
Totul e făcut din atomi. Un atom are în mijloc protoni, cu sarcină pozitivă (+), iar în jur electroni, cu sarcină negativă (-). De obicei sunt la fel de mulți, deci se echilibrează.
Când freci două materiale între ele, unii electroni trec de pe unul pe celălalt. Dacă freci un balon de păr uscat, balonul ia electroni de la păr. Balonul rămâne cu minusuri în plus, părul cu plusuri în plus.
Sarcinile rămân adunate pe obiect, în loc să curgă printr-un fir. De aceea se numește electricitate statică: „care stă pe loc”.
Fenomenul se numește efect triboelectric, de la cuvântul grecesc pentru „frecare”. Oamenii de știință au făcut liste, numite serii triboelectrice, cu materialele care iau ușor electroni (cauciucul, multe plastice) și cele care îi cedează ușor (părul, lâna, sticla). Cu cât două materiale stau mai departe în listă, cu atât se încarcă mai tare când le freci.
Părul zbârlit și balonul lipit
După frecare, fiecare fir de păr are aceeași sarcină, pozitivă. Sarcinile la fel se resping. Așa că fiecare fir încearcă să stea cât mai departe de vecinii lui, iar părul se ridică în toate direcțiile.
Balonul încărcat se lipește de perete, deși peretele nu e încărcat deloc. Balonul îi împinge puțin minusurile mai încolo, iar partea peretelui de lângă el rămâne ușor pozitivă. Plusul și minusul se atrag, iar balonul stă agățat.
Peretele nu lasă electronii să alerge liber prin el, ca un metal. În schimb, în fiecare moleculă de lângă balon, electronii se înghesuie puțin spre partea mai depărtată. Molecula rămâne întreagă, dar devine un mic „plus-minus”. Se numește polarizare. Partea pozitivă e mai aproape de balon decât cea negativă, deci atracția câștigă.
Scânteia
Când mergi în șosete pe covor, corpul tău adună sarcini. Când apropii degetul de o clanță de metal, ele sar dintr-odată spre ea, printr-o scânteie mică. Uneori o și vezi, pe întuneric.
Scânteia poate avea câteva mii de volți, dar e foarte scurtă și poartă puține sarcini. De aceea doar te înțeapă. Se întâmplă mai ales iarna: aerul uscat ține sarcinile pe tine, cel umed le scurge încet.
Fulgerul e același fenomen, la altă scară. În norii de furtună, cristalele de gheață și grăunțele de gheață moale se ciocnesc în curenții de aer și schimbă sarcini. Partea de sus a norului se încarcă de obicei pozitiv, cea de jos negativ. Când diferența devine uriașă, sarcina sare printr-un canal de aer încins mai fierbinte decât suprafața Soarelui.
Fapt sau legendă?
„Fulgerul nu lovește niciodată de două ori în același loc.”
„Benjamin Franklin a fost lovit de fulger când și-a înălțat zmeul în furtună.”
„Experimentele cu electricitate statică merg mai bine iarna.”
Experiment: apa care se îndoaie
Nu se știe încă
Pare simplu, iar oamenii îl cunosc de peste 2.500 de ani. Totuși, fizicienii încă nu se înțeleg ce anume trece de pe un material pe altul: doar electroni, ioni sau bucățele minuscule din materialul însuși. Și mai ciudat: două bucăți din același plastic se pot încărca și ele, una cu plus, alta cu minus. Nimeni nu poate prezice sigur care.
Testul lui Kokodel
- Feynman R. P., Leighton R. B., Sands M. The Feynman Lectures on Physics, vol. II, cap. 9: „Electricity in the Atmosphere”, 1964.
- Lacks D. J., Shinbrot T. Long-standing and unresolved issues in triboelectric charging. Nature Reviews Chemistry, 2019.
- NOAA National Weather Service. Lightning Myths.
- Encyclopaedia Britannica. Static electricity.