Iš mūsų pirštų išties pilasi mažytės kibirkštys: mokslininkas paaiškino, kodėl kartais mus „pakrato“ elektra

Turbūt kiekvieną yra aplankęs nemalonus jausmas, kai prisilietus prie durų rankenos ar čiaupo per pirštus nutrenkia elektra, o tiksliau – įvyksta elektros iškrova. Šiuo reiškiniu žmonės dažniausiai pradeda skųstis pavasarį, tačiau iš tiesų tai daugiau priklauso nuo to, ar oras yra sausas, ar drėgnas. Mokslininkas įvardijo, kad tokias mažytes iškrovas galime prilyginti žaibams danguje, ir išsamiai papasakojo, kodėl tai vyksta.

Visi kūnai tarpusavyje pasidalija elektronais

Visų pirma reikia prisiminti, kas yra elektros krūvis ir kodėl paviršiai įsielektrina. Kaip LRT.lt pasakojo Fizinių ir technologijos mokslų centro Funkcinių medžiagų ir elektronikos skyriaus mokslininkas vyresnysis mokslo darbuotojas dr. Voitechas Stankevičius, visos medžiagos sudarytos iš atomų. Patys atomai, sudaryti iš branduolio ir aplink jį skriejančių elektronų, yra neutralūs. Branduolys yra įkrautas teigiamai, o elektronai turi neigiamą krūvį. Kadangi atomas normaliomis sąlygomis yra neutralus, tai reiškia, kad teigiamas branduolio potencialas lygus neigiamam elektronų potencialui.

„Jeigu mes iš atomo kokiu nors būdu atimsime nors vieną elektroną ir perduosime kitam kūnui, tas kitas kūnas bus įkrautas neigiamu potencialu, o tas, iš kurio atėmėme elektroną, – teigiamu. Visai kitas klausimas, kaip mes tai galime padaryti. Vienas iš tokių būdų yra perduoti kitam kūnui elektros krūvį. Sakykime, kad vienas kūnas yra neutralus, o kitas įkrautas neigiamu potencialu. Kai jie susilies, dalis krūvio pereis į tą, kuris prieš tai buvo neutralus. Jie tuos krūvius pasidalija.

Priklausomai nuo to, iš kokių atomų, molekulių susidaro kūnas, elektronų ryšio energija su branduoliu skiriasi. Jeigu mes du kūnus patrinsime, elektronai gali pereiti iš vieno į kitą. Tas kūnas, iš kurio perėjo, bus įkrautas teigiamai, o tas, kuris pasiėmė, bus įkrautas neigiamai. Nėra taip, kad kūnas, pavyzdžiui, stiklas, įsikrauna tik teigiamai arba tik neigiamai. Priklauso nuo to, su kokiu kūnu jis sąveikauja. Jeigu tas kitas kūnas lengvai iš stiklo atima elektroną, stiklas užsikraus teigiamai. Bet jeigu jis turi stipresnį elektronų ryšį, gali atimti krūvį iš kito kūno, tada stiklas bus įkrautas neigiamai“, – dėstė V. Stankevičius.

Krūvis pereina iš vieno kūno į kitą

Kaip įvardijo fizikas, iškrova yra tiesiog potencialų išlyginimas. Jis siūlo įsivaizduoti paprastą pavyzdį. Jeigu mes pripiltume vieną indą vandens, o kitą paliktume tuščią ir kokiu nors būdu juos sujungtume, dalis vandens perbėgtų į tuščią indą – taip jie pasidalytų turinį. Būtent toks perėjimas, šiuo atveju elektronų krūvio, ir yra iškrova.

„Tą iškrovą mes galime įsivaizduoti kaip žaibą. Iškrova tarp žmogaus kūno ir kito objekto, pavyzdžiui, čiaupo, yra ekvivalentinė žaibui. Žaibo atveju iškrova vyksta tarp debesų ir žemės, aišku, ten krūvio koncentracija yra labai didelė, pasekmė – labai aukšta temperatūra ir t. t. Tačiau šie dalykai susiję, tik potencialas skiriasi“, – aiškino mokslininkas.

Kaip ir kodėl įvyksta iškrova? Kaip jau išsiaiškinome, dažniausiai tai įvyksta tada, kai kūnai įkrauti skirtingais potencialais. Pasak fiziko, visai nesvarbu, kokį krūvį turi kūnas.

Žmonės dažniausiai skundžiasi, kai pajunta šiokį tokį skausmą – nemalonų dilgtelėjimą prisilietę ne tik prie kokio nors daikto, bet ir prie kito asmens. Tarp žmonių iškrova taip pat gali įvykti, kai vienas žmogus yra įsielektrinęs, o kitas ne.

„Antras atvejis, kai jis prisiliečia, kaip mes sakome, prie metalinio daikto. Bet yra ne taip. Tokia asociacija, kad metalinis daiktas, pavyzdžiui, čiaupas, arba net pats vanduo, bėgantis iš čiaupo. Reikalas tas, kad vandentiekio čiaupas sujungtas su žeme, per tą čiaupą vanduo turi didelį elektros laidumą. Tai reiškia, kad čiaupo potencialas lygus žemės potencialui, o jis praktiškai yra neutralus. Jeigu mūsų kūnas įelektrintas, prisiliečiame prie to čiaupo, mūsų krūvis nuteka į žemę.

Kodėl jaučiame skausmą? Kai yra potencialų skirtumas, pavyzdžiui, įkrautas žmogaus kūnas ir žemės potencialas, kuriam atstovauja čiaupas, atsiranda elektrinis laukas. Reikia turėti omenyje, kad krūvio nešėjai praktiškai yra elektronai, judėti taip pat gali tik jie. Atomai per daug tarpusavyje susiję, jie judėti iš vieno kūno į kitą negali. Jeigu žmogaus kūnas įkrautas neigiamai, jis turi elektronų perteklių, prisilietus prie kokio nors paviršiaus dėl potencialų skirtumo atsiranda stiprus elektrinis laukas ir tie elektronai traukiami į minusą. Elektronai yra pagreitinami ir bombarduoja orą – deguonį, azotą, – jonizuoja tas dujas, išmuša iš jų elektronus ir sukuria tokį srovės kanalą. Tas srovės kanalas yra siauras, jis įkaista ir įkaitina mūsų pirštą, o delnas turi labai daug receptorių. Dėl to jaučiame skausmą, nes padidėja temperatūra“, – LRT.lt aiškino V. Stankevičius.

Pasak mokslininko, jeigu prie kito daikto prisiliestume didesniu rankos plotu, kad ir plaštaka, neatsirastų toks srovės tankis ir nejustume skausmo.

Kalbėdamas apie kitus daiktus, kurie mums asocijuojasi su metaliniais paviršiais, fizikas atkreipė dėmesį, kad net ir kompiuteris yra prijungtas prie tinklo, todėl iš dalies susijęs su žeme – per kabelius ar kroviklį. Todėl turi neutralų krūvį. Tačiau, jeigu ant stalo, kuris yra geras izoliatorius, guli koks nors metalinis daiktas, iškrovos nepajusime, nes krūvis niekur nebus nuvedamas. Prisilietę prie ant stalo gulinčio metalinio rašiklio iškrovos nepajusime, tik jį šiek tiek įkrausime.

Dažniausiai iškrovos jaučiamos, kai oras sausas

Žmonės tokiomis iškrovomis dažniausiai pradeda skųstis pavasarį, tačiau su šiuo reiškiniu galima susidurti ir žiemą. Viena iš priežasčių, kodėl gali įsielektrinti vienas ar kitas kūnas, yra trintis tarp skirtingų medžiagų, tačiau tas kitas kūnas gali būti ir oras.

„Vaikščiojant atsiranda trintis tarp žmogaus kūno ir oro. Jeigu oras yra sausas, žmogus įsielektrina, oras – taip pat. Kitas dalykas, jeigu oras yra drėgnas. Vyksta įkrovimas ir iškrovimas, bet tas iškrovimas yra labai lėtas. Kūnas įsielektrina ir po truputį per drėgną orą atiduoda krūvį, jis išsilygina ir tokiu būdu dingsta.

Kitas atvejis. Sakykime, žmogus vaikšto ant kiliminės dangos. Dėl trinties ji įsikrauna vienu potencialu, o žmogus kitu. Kiliminė arba kokia nors sintetinė danga labai greitai įsielektrina, kitaip tariant, lengvai atiduoda elektronus arba juos pasiima, bet tuo pat metu yra geras izoliatorius. Medis gali šiek tiek įelektrinti, bet jis yra blogesnis izoliatorius ir tuo pat metu nuima krūvį, kuris nuteka į žemę.

Sakykime, jūsų šlepetės turi gerai izoliuojantį padą. Dėl to jūs galite įsielektrinti, bet krūvio neatiduodate – jį kaupiate. Žiemą, kai oras bute sausas ir nėra drėkinamas, žmogus gali pajusti iškrovą. Vienas iš būdų to išvengti – drėkinti orą. Kitas būdas – rengtis sintetiniu drabužiu, nes jis labai greitai įsielektrina ir tuo pat metu yra labai geras izoliatorius, todėl krūvio neatiduodate“, – LRT.lt pasakojo V. Stankevičius.

Nemalonaus jausmo taip pat galima išvengti čiaupą liečiant ne pirštu, o kokiu nors metaliniu daiktu, pavyzdžiui, šaukštu, – tada iškrova vyksta tarp tų dviejų objektų. Skausmas nebus juntamas ir tada, kai prie kito objekto pirmiausia prisiliesite ne pirštais, o didesne kūno vieta, pavyzdžiui, plaštaka. Pasak mokslininko, stipriai įsielektrinę žmonės gali iškrovą pajusti net prisilietę prie sienos. Vis dėlto jis nuramino, kad tai tikrai nėra pavojinga sveikatai.