Pääsivun alkuun - Edellinen - Seuraava

Johdanto

Staattinen ja dynaaminen ovat toistensa vastakohtia. Staattinen tarkoittaa paikoillaan pysyvää ja dynaaminen jotakin muuttuvaa, liikkuvaa. Onko olosi nyt staattinen vai dynaaminen? Toivon, että jaksat luokassa pitää ajatuksesi dynaamisina mutta kehosi ajoittain staattisena! Aloitamme niinsanotusta staattisesta sähköstä eli paikallisista sähkövarauksista.

Sähkövarausten väliset vuorovaikutukset

• Vastakkaismerkkisten sähkövarausten välillä on puoleensavetävä vuorovaikutus
  Ⓔ Varautuneet eboniittisauva ja lasisauva vetävät toisiaan puoleensa
• Samanmerkkisten sähkövarausten välillä on hylkivä vuorovaikutus
  Ⓔ Kaksi eboniittisauvaa hylkivät toisiaan
  Ⓔ "Sähköiset" hiukset sojottavat pois päin toisistaan
• Vuorovaikutuksen voimakkuus on sitä suurempi, mitä
  • suurempia sähkövaraukset ovat
  • lähempänä toisiaan ne ovat
• Sähkövarauksen ympärille muodostuu näkymätön sähkökenttä, joka vaikuttaa ympäröiviin sähkövarauksiin. Toisin sanoen sähkökenttä välittää sähköistä etävuorovaikutusta sähkövarausten kuten ionien tai elektronien välillä.

Kuva: Sähkövarausten väliset vuorovaikutukset. 1. Vastakkaismerkkiset sähkövaraukset vetävät toisiaan puoleensa ja vuorovaikutuksen voimakkuus riippuu varausten suuruudesta sekä varausten etäisyydestä toisiinsa. 2. Samanmerkkiset varaukset vastaavasti hylkivät toisiaan. 3. Varauksettomat hiukkaset eivät vuorovaikuta sähkövarausten kanssa. (Ellei polarisaatiota muodostu - selitetään alempana)

Atomin rakenteen kertaus

• Atomi on sähköisesti neutraali, koska sillä on yhtä monta protonia ja elektronia.
• Protonin sähkövaraus on positiivinen (alkeisvaraus)
• Elektronin sähkövaraus on negatiivinen (alkeisvaraus)
• Neutroneilla ei ole sähkövarausta
• Protonit ja neutronit muodostavat atomin ytimen

Kuva: Litiumatomin Li muuttuminen litiumioniksi Li⁺ luovuttamalla yhden elektronin e^-.

Varautuminen sähköisesti

• Atomi varautuu sähköisesti luovuttamalla tai vastaanottamalla elektroneita. Samalla se muuttuu ioniksi.
• Esineet varautuvat samalla tavoin elektronien siirtyessä.
• Sähköisesti varautuneessa esineessä on enemmän joko positiivisia tai negatiivisia sähkövarauksia.
• Kun sähkövaraus muodostetaan hankaamalla, toinen esineistä saa positiivisen ja toinen negatiivisen sähkövarauksen.
  
• Sähkövarauksia kuten ioneita on esineissä yleensä jo valmiiksi mutta ne ovat jakautuneet tasaisesti.

Kuva: Eboniittisauvan hankaaminen villakankaalla. 1. Villasta siirtyy elektroneja eboniittisauvaan. Sauva varautuu negatiivisesti ja villa positiivisesti. 2. Niiden välille muodostuu puoleensavetävä vuorovaikutus.

Polarisaatio esineessä

• Varautunut esine kuten eboniittisauva viedään sähköisesti neutraalin esineen viereen.
• Neutraaliin esineeseen saattaa muodostua polarisaatio
• Polarisaatio = varausjakauman järjestäytyminen sähkökentän vaikutuksesta niin, että vastakkaismerkkiset sähkövaraukset pyrkivät lähemmäs sähköisesti varautunutta esinettä.
• Seurauksena on puoleensavetävä vuorovaikutus esineiden välillä
  Ⓔ Hiuksiin hangattu ilmapallo tarttuu kattoon tai oveen.

Kuva: Sähkövarausten polarisaatio paperipalassa (suurennettu pala) - paperisilppua ja eboniittisauva.

Veden polarisaatio (kokeessa riittää ilmiön tunnistaminen tai maininta)

• Ilman sähkövarausten aiheuttamia sähkökenttiä vesinoro valuu hanasta suoraan alas
• Kun viereen tuodaan sähköisesti varautunut esine kuten eboniittisauva, vesinoro taipuu
• Vesimolekyylit kääntyvät siten, että
  • vetyatomien puoli kääntyy negatiivisten sähkövarausten suuntaan tai
  • happiatomin puoli kääntyy positiivisen sähkövarauksen suuntaan
• Tuloksena on polarisoituminen eli varausjakauman muuttuminen
• Sauvan puolella vesinoroa on silloin enemmän positiivista sähkövarausta ja tuloksena on jälleen puoleensavetävä vuorovaikutus
• SYY: Vesimolekyyli on poolinen eli sen varausjakauma on epätasainen. Hapen puoli on negatiivisempi ja vedyn positiivisempi. Vesimolekylin sisältämät elektronit ovat enemmän hapen puolella molekyyliä.
• AIHEEN VIERESTÄ: Poolisuuden johdosta vesi liuottaa lähinnä poolisia tai ionisoituneita aineita. Poolittomat kuten aineet kuten ruokaöljy eivät liukene veteen.
  

Kuva: Hanasta tulevan kapean vesinoron polarisaatio sähköisesti varatun eboniittisauvan avulla. Hangattu ilmapallo toimii myös erittäin hyvin.

Sähkövarauksen purkautuminen

• Kosketuksesta
  
  • Positiivisesti ja negatiivisesti varautuneet esineet tai ihmiset koskettavat toisiaan
  • Varautunut esine maadoitetaan eli kosketetaan sähköä johtavaan pintaan kuten metalliin (riittävän suuri kappale)
• Läpilyöntinä ilman lävitse - vaara
  
  • Salaman isku ukkospilven ja maan välillä
  • Tolloilu liian lähellä suurjännitelinjoja
• Hallitusti
  • Johtimien ja jonkin sähkölaitteen kautta
  • Kutsutaan sähkövirraksi (seuraava kappale)