Labai erzinanti problema: kodėl elektrinamės ir kaip to išvengti

Šylant orams dažnas susiduria su nemalonia problema - ką bepaliesi, visur trenkia elektra. Įsielektrina ne tik plaukai ar rūbai, tačiau nestipria srove „apdovanoja“ ir aplink esantys daiktai. Vilniaus Gedimino technikos universiteto Fizikos katedros vedėjas prof. Artūras Jukna paaiškino, kad tai lemia oro drėgnumas - sausas oras stipriau įelektrins jame judančius objektus. Tačiau iškrovų, pasirodo, galima ženkliai sumažinti.

- Gerb. Artūrai, ar galite pirmiausiai paaiškinti, kaip veikia įsielektrinimas?

- Įsielektrinimas – reiškinys, susijęs su dviejų kūnų sąveika (t. y. trintimi) ir įelektrintų dalelių (elektronų) apsikeitimu. Visi mus supantys kūnai, kaip ir mes patys, sudaryti iš, elektriniu požiūriu, neutralių atomų (jame vienodas skaičius teigiamai ir neigiamai įelektrintų dalelių), sudarytų iš santykinai mažų matmenų branduolio (100000-toji dalis nuo atomo skersmens), įelektrinto teigiamai, ir aplink jį skriejančių elektronų (šiandien dar nepavyksta vienareikšmiai išmatuoti matmenų, tačiau jie galėtų būti beveik tokiu pačiu santykiu mažesni už atomo branduolį, kaip branduolys už atomą), įelektrintų neigiamai. 

Vienose medžiagose, jas sudarančių atomų elektronai labai tvirtai sukibę su branduoliais (sąveikos jėga tarp teigiamai ir neigiamai įelektrintų kūnų), o kitose – silpniau. Skirtingų rūšių (ir, tuo pačiu, skirtingų matmenų) atomuose elektronų sąveika su branduoliu – skiriasi. Tad sąveikaujant dviem skirtingos rūšies medžiagoms, iš vienos jų elektronai peršoka į kitą, įelektrindami ją neigiamai, o elektronų palikta medžiaga įsielektrina teigiamai, nes praradus elektronus, joje lieka nesukompensuotas teigiamas krūvis. 

Toks įsielektrinimas vyks visada, tarpusavyje sąveikaujant dviem kūnams, pvz. šukoms su plaukais, automobiliui/žmogui su jį supančiu oru ir t.t. Tačiau kūnų įelektrinimą pastebėtume tik tų, kurie patikimai izoliuoti nuo Žemės.

- Tačiau kartais elektra nukrečia nuo prietaisų, kurie, iš pirmo žvilgsnio, atrodo visai nekaltai - pavyzdžiui, metalinis čiaupas.

- Metaliniai (elektros laidininko) vandentiekio vamzdžiai pakloti po žeme. Tad vamzdžių potencialas visada lygus Žemės potencialui, arba, kitaip tariant, bet koks krūvis, atsiradęs ant čiaupo, nutekės vamzdžiu į Žemę, o elektros srovė vamzdžiu tekės tol, kol čiaupą palietusiojo elektrinis potencialas susilygins su Žemės/vandens čiaupo potencialu. Pastaba: jei vandentiekio vamzdžiai plastikiniai (elektrai nelaidi medžiaga), elektrinės iškrovos nebus. 

Žmogaus odos paviršius (elektrai nelaidus sluoksnis, kurį sudaro suragėjusios odos ląstelės), sąveikaudamas su oru (elektrai nelaidi medžiaga), įsielektrina. Palietusio metalinį čiaupą, žmogaus kūno paviršiuje sukauptas krūvis vamzdžiu nutekės į Žemę. Tad žmogus pajus trumpalaikę elektrinę iškrovą, t. y. elektros srovė tekės tol, kol žmogaus kūno paviršiaus ir Žemės potencialai susilygins.

Kūnų paviršiai gali įsielektrinti ne tik dėl trinties, jiems sąveikaujant su aplinka. Tai gali nutikti ir dėl blogo elektrinių prietaisų įžeminimo. Tarkime, viena ranka liečiame metalinį korpusą, netinkamai įžemintos skalbyklės, o kita ranka – grybštelėsime vandens čiaupą, į kurį (metaliniu vamzdžiu) atiteka vanduo. Tuomet aukštesnio elektrinio potencialo skalbyklė sukurs elektrinę įtampą, atžvilgiu Žemės, o žmogaus kūnu, jungiančiu abu, nevienodai įelektrintus objektus, ims tekėti ilgalaikė elektros srovė, galinti sukurti liūdnas pasekmes.

- Gal galite tai iliustruoti pavyzdžiu?

- Panašiai kaip vanduo dviejuose, susiekiančiuose induose, visada pasiskirsto taip, kad vandens stulpelio aukštis abiejuose būtų vienodas, taip ir elektros krūvis pasiskirsto dviejuose tarpusavyje sujungtuose laidininkuose taip, kad abu laidininkai būtų įelektrinti vienodai. Pagrindinė priežastis ta, kad to paties ženklo elektros krūvininkai (elektronai, įelektrinti neigiamu krūviu) stumia vienas kitą. Tad, jei jų susirinkę viename iš susilietusių kūnų daugiau nei kitame, elektronai stums vienas kitą į mažesnio įelektrinimo sritį tol, kol reakcijos jėga susilygins. O tai ir reiškia, jog abu susilietę kūnai taps vienodai įelektrinti.

- Kodėl žmones, būnančius toje pačioje patalpoje, elektra nukrečia skirtingai? Vieniems kliūva kasdien, kitiems - niekada. 

- Priežasčių gali būti daug. Dažniausiai įsielektrinimas pasireiškia atžvilgiu Žemės potencialo. Tad stovint ant Žemės basomis, niekada nepajusite elektros išlydžio liesdami įžemintą vandens čiaupą. Apsiavę avalynę elektros srovei nepralaidžiais padais, ilgiau išsaugosite odos paviršiuje susikaupusį elektros krūvį. Tad palietus Žemę, pajusite stipresnę ar silpnesnę elektros iškrovą. Priežastis – jūsų kūnas izoliuotas nuo Žemės, tad sukauptas krūvis sąlyčio su Žeme metu nutekės į Žemę.

Žmogaus kūno įsielektrinimą gali sustiprinti rūbai. Daugelis sintetinių rūbų labai greitai įsielektrina, prarasdami ar prisijungdami elektronus iš juos supančios aplinkos. Įsielektrinę rūbai limpa prie žmogaus kūno, nes kūną, tuo pačiu, įelektrina priešingo ženklo krūviu, dėl ko ir atsiranda traukos jėga (prilipimas). Dėl rūbo deformacijos, jie gali įsielektrinti netolygiai, t. y. viena rūbo dalis gali įsielektrinti kitos rūbo dalies atžvilgiu, sukaupdama priešingo ženklo krūvius. Tuomet pats rūbas kibirkščiuos, jį deformuojant (t. y. rūbą lankstant, glamžant ar kt.). 

Sintetinio rūbo išsielektrinimu galima nesunkiai įsitikinti, visiškoje tamsoje jį nusirengiant ar apsirengiant. Kartais jis net šviečia, nuo elektros išlydžių. Be abejo, toks rūbų kibirkščiavimas gali tapti gaisro priežastimi, ypač jei elektros išlydžiai atsiranda lengvai užsiliepsnojančioje aplinkoje (arba kitaip tariant, aplinkoje esant mažos šilumos talpos degioms medžiagoms).

- Kuriuo sezonu šių iškrovų padažnėja? Viskas priklauso nuo oro sausumo? 

- Taip. Tai tiesa. Kuo sausesnis oras, tuo jis mažiau pralaidus elektros srovei. Tad sausas oras stipriau įelektrins jame judančius objektus. Pvz. automobilio korpusas stipriau įsielektrina vasaros metu, tik dėl tuo sezonu sausesnio oro. Kylant temperatūrai oro drėgnis mažėja, t.y. oras „išdžiūsta“ ir iškrovos padažnėja. 

Pvz. automobilio korpusas, izoliuotas (guminiais ratais) nuo Žemės paviršiaus, po ilgesnės kelionės, įsielektrina. Žmogui palietus automobilio korpusą galima pajusti nemalonią elektros iškrovą. Diskomfortą sumažina, automobilio galinėje dalyje, prie galinio buferio, paprastai, įtvirtinama metalizuotos gumos juostelė, kuri, automobiliui sustojus, priglunda prie Žemės. Juostele visas susikaupęs automobilio korpuse perteklinis elektros krūvis nuteka į Žemę.

- Ar galima kažko imtis, kad to išvengtume?

- Iškrovų galima išvengti arba žymiai sumažinti jų tikimybę, jei patalpoje, kurioje būname/dirbame bus didesnis oro drėgnis. Tokią problemą sprendžia įvairios gamyklos, gaminančios produkciją ir pakuojančios į polietileno (elektrai nepralaidžios medžiagos) pakuotes. Esant didesniam oro drėgniui, polietilenas mažiau įsielektrintų, o jei kiekvienas produktas, transporteriu keliaujantis į polietileno pakuotę, priglustų prie įžeminimo elektrodo, elektrinių išlydžių gerokai sumažėtų, ir darbo aplinka taptų saugesnė tiek žmogui, tiek ir elektroniniams prietaisams, betarpiškai besiliečiantiems su pakuote ar produktu.

Atviroje erdvėje (pvz. lauke, išlipus iš automobilio ir siekiant paimti daiktus iš bagažinės ar kt.) taip pat galima išvengti nemalonaus elektros išlydžio net jei automobilio galinis buferis be metalizuotos gumos juostelės. 

Žinant, kad elektros išlydis tai oro tarpo, tarp skirtingą krūvį sukaupusių kūnų, elektrinis pramušimas (t. y. elektrinio pramušimo metu stiprus elektrinis laukas jonizuoja dujas, tarp greta esančių skirtingai įelektrintų objektų. 

Dujų jonizacijos proceso metu atsiradusios įelektrintos dalelės juda dideliu greičiu ir atsitrenkusios į kitas daleles įkaitina ne tik pakeliui esančias dujų molekules (Voltos lanko atveju stebimas blankiai žydras švystelėjimas), bet ir suartėjusių kūnų paviršius dalis, tarp kurių šokteli kibirkštis), reikia išlipus iš automobilio, jo korpuso dureles ar kt. metalines dalis paliesti ne pirštais ar delnu, kaip dažniausiai nutinka, bet automobilio metaliniu rakteliu (ar kt. metaliniu daiktu), jį stipriai suspaudus pirštais už metalinės raktelio dalies. 

Tuomet elektros išlydis susikurs tarp automobilio korpuso ir raktelio galo, o automobilio šeimininkas visai nepajus elektrinio išlydžio poveikio arba toks poveikis bus labai silpnas. Juk elektrinis pramušimas/išlydis įvyks santykinai toli nuo jo kūno paviršiaus.

Dar daugiau atsakymų į fizikos klausimus profesorius kviečia išgirsti šį šeštadienį vyksiančioje kasmetinėje šventėje „FiDi“ (Fizikų dienos Nr. 47), kuriai A. Jukna neabejingas nuo mokslų pradžios Vilniaus
universiteto Fizikos fakultete.

Daugiau įdomių ir vertingų sveikatos, psichologijos naujienų – mūsų „Facebook“ paskyroje. Prisijunk ir apie viską sužinok pirmas!