Talvella kihelmöivä tunne, kun otat neulevaatteen pois, on staattista sähköä. Opi miksi staattinen sähkö on yleisempää talvella ja miten se toimii.
Olemme kaikki kokeneet, että kun kampaamme hiuksiamme kammalla, se tarttuu harjaksiin ja saa hiukset nousemaan. Tämä johtuu staattisesta sähköstä. Tämä on erityisen yleistä talvikuukausina, jolloin ilma kuivuu ja altistuu staattiselle sähkölle. Koska kuiva ilma ei johda sähköä hyvin, staattinen sähkö viipyy kauan sen syntymisen jälkeen. Tästä syystä tunnet kihelmöivän tunteen sormenpäissäsi, kun puet ja riisut neulevaatteita talvella tai kun avaat ja suljet auton oven.
Kun esine sähköistyy, sen sanotaan olevan "sähköistynyt", ja kun sähköistyneessä esineessä oleva sähkö lakkaa virtaamasta muualle, sitä kutsutaan staattiseksi sähköksi. Staattista sähköä esiintyy jokapäiväisessä elämässä monissa eri tilanteissa ja sen periaatteet ovat yksinkertaiset, mutta kiehtovat. Staattisen sähkön ilmiö tunnettiin jo muinaisissa kreikkalaisissa, jotka havaitsivat, että kun he hieroivat kurpitsaa kankaalla, pienet esineet tarttuivat siihen. Kuten näette, staattisella sähköllä on pitkä historia elämässämme.
Miksi se tapahtuu? Atomit, jotka muodostavat aineen, koostuvat positiivisesti varautuneista ytimistä ja negatiivisesti varautuneista elektroneista. Normaalissa aineessa on yhtä paljon positiivisia ja negatiivisia varauksia, mikä tekee siitä sähköisesti neutraalin. Kun kaksi erilaista esinettä hankaa toisiaan, osa elektroneista siirtyy toisesta toiseen jättäen elektronit vastaanottaneen kohteen negatiivisesti varautuneeksi ja elektronit menettäneen kohteen positiivisesti varautuneeksi, jolloin syntyy staattista sähköä. Kuitenkin, kuten varaukset hylkivät toisiaan ja toisin kuin varaukset vetävät toisiaan, niin myös varautuneet esineet hylkivät esineitä samalla varauksella ja houkuttelevat kohteita, joilla on eri varaus.
Tätä staattisen sähkön ominaisuutta hyödynnetään laajasti teollisuudessa. Esimerkiksi elektroniikan valmistusprosessissa pölyn poistamiseen käytetään staattista sähköä pölyn houkuttelemiseksi ja hylkäämiseksi. Maalaamot käyttävät myös staattista sähköä maalin tasaiseen jakautumiseen auton pinnalle. Kuten näet, staattinen sähkö on hyödyllinen monilla eri aloilla. Staattisella sähköllä on myös tärkeä rooli puolijohteiden valmistuksessa. Puolijohdesirujen puhtaana pitämiseksi on välttämätöntä poistaa mikroskooppiset hiukkaset, mikä tehdään staattisen sähkön voimalla. Tämä parantaa huomattavasti puolijohteiden suorituskykyä ja käyttöikää.
Valokopiokone, nyky-yhteiskunnan peruskappale, on tyypillinen laite, joka hyödyntää tätä staattisen sähkön ominaisuutta. Kopiokoneen sisäpuoli koostuu lieriömäisestä rummusta, jossa on positiivisesti varautunut fotoresist, negatiivisesti varautunut väriaine, liikkuva valonlähde, lämmönlähde ja useita huolellisesti muotoiltuja rullia. Näistä rumpu ja väriaine ovat ilmeisimpiä esimerkkejä staattisen sähkön ominaisuuksista.
Kun asetat kopioitavan asiakirjan läpinäkyvälle lasilevylle ja painat kopiointipainiketta, valo kulkee lasilevyn alta. Asiakirjan mustat osat imevät valoa ja valkoiset heijastavat sitä muodostaen faasin lieriömäiseen rumpuun. Tämän sylinterimäisen rummun pinta on positiivisesti varautunut. Kuitenkin, kun valo osuu rummun pintaan, valon osuvat alueet varauksettomaksi, koska rummun pinnalla oleva positiivinen varaus neutraloituu rummun sisällä olevan negatiivisen varauksen vaikutuksesta. Siksi vain alueet, jotka eivät ole saaneet valoa, jäävät positiivisesti varautuneiksi. Kun negatiivisesti varautunut väriaine lähestyy rumpua tässä tilassa, vain positiivisesti varautuneet alueet vetävät puoleensa värijauhetta ja tarttuvat siihen. Jos laitat paperin rummun alle ja asetat paperiin positiivisen varauksen, joka on vahvempi kuin rummun pinnalla oleva varaus, värijauhe putoaa rummusta ja siirtyy paperille muodostaen tekstiä. Paperille muodostuva kirjoitus kestää vain niin kauan kuin on staattista sähköä. Kirjoitustikkua varten paperi puristetaan kuumalle rullalle (yli 180°C) ja kopiointi on valmis.
Staattisella sähköllä on monia muita sovelluksia kopiokoneiden lisäksi. Sitä voidaan käyttää staattisen sähkön aikaansaamiseen savusumusuodattimen suodattimiin hienon pölyn vangitsemiseksi. Sitä voidaan käyttää myös avaruusaluksen ulkokuoren sähköstaattiseen lataamiseen niin, että sillä on sama varaus kuin avaruuspölyllä, mikä voi auttaa ratkaisemaan siihen tarttuvan avaruuspölyn ongelman. Staattista sähköä käytetään myös vaatteiden valmistusprosessissa. Staattista sähköä voidaan käyttää kuitujen kohdistamiseen ja järjestämiseen korkealaatuisten kankaiden valmistamiseksi. Tämä auttaa tekemään vaatteista kestävämpiä ja mukavampia käyttää. Kuten näette, staattisen sähkön tieteellistä periaatetta käytetään laajalti kaikessa kopiokoneista avaruusaluksiin ja vaatteiden valmistukseen. Viime aikoina tutkijat ovat myös työskennelleet energian varastoinnissa staattisen sähkön avulla. Staattisen sähkön ominaisuuksia yritetään hyödyntää tehokkaampien akkujen kehittämiseksi, joilla voisi olla merkittävä rooli tulevien energiaongelmien ratkaisemisessa.
Kuten näette, staattisella sähköllä on tärkeä rooli elämässämme, teollisuudessamme sekä tieteen ja teknologian kehityksessä. On kiehtovaa ymmärtää, kuinka staattinen sähkö, joka voidaan nähdä pienenä haittana, todella vaikuttaa elämäämme niin monella eri tavalla. Uusia staattista sähköä hyödyntäviä teknologioita tulee esiin myös tulevaisuudessa, mikä tekee elämästämme mukavampaa ja rikastuttavampaa.
