3. Sähköinen influenssi


Tehtävä
Kampaa hiuksiasi ja vie kampa lähelle pieniä paperinpalasia. Miksi paperinpalaset tarttuvat kampaan, vaikka niitä ei ole sähköistetty hankaamalla?

Kahden erilaisen aineen koskettaessa toisiinsa siirtyy lähes aina elektroneja aineesta toiseen. Toisilla aineilla on suurempi kyky sitoa elektroneja kuin toisilla, siksi kappaleet sähköistyvät. Kammatessasi hiuksiasi, sähkövaraukset siirtyvät hiuksien ja kamman välillä. Riippuu kamman aineesta ja hiuksien puhtaudesta kuinka hyvin koe onnistuu. Siihen vaikuttaa myös ilman kosteus. Kesällä on vaikea saada sähköstaattisia kokeita onnistumaan, koska ilma on kosteaa ja syntyneet varaukset purkautuvat. Myöskin hikiset kädet voivat pilata kokeen.

Kun viet sähköisesti (esimerkiksi positiivisesti) varatun kappaleen lähelle varaamatonta kappaletta, se vetää puoleensa vastakkaismerkkistä varausta (elektroneja), kappale polarisoituu. Koska nyt vastakkaismerkkinen varaus on lähempänä, voittaa kappaleita puoleensa vetävä voima. Tätä varausten jakaantumista kutsutaan sähköiseksi influenssiksi eli sähköstaattiseksi induktioksi.
(katso LUsm1 sivu 15.)

Keinoja synnyttää sähkövaraus

Elektrofori

Ensimmäinen keino siirtää sähkövarausta oli Voltan keksimä elektrofori. Elektroforissa on eristelevy, joka hangataan sähköiseksi. Sitä kosketetaan metallilevyllä, johon on kiinnitetty eristekahva. Varaus siirtyy metallilevyyn, jolla se voidaan siirtää toiseen paikkaan. Tällöin metallilevy saa saman varauksen kuin on eristelevyssä.

Jos haluamme metallilevyyn vastakkaismerkkisen varauksen, käytämme hyväksi influenssia. Viedään metallilevy lähelle eristelevyä, kosketetaan toisella kädellä metallilevyn vastakkaista puolta ja irrotetaan käsi ennen levyjen loitontamista. Metallilevyyn jää nyt eri merkkinen varaus kuin eristelevyssä on.

Kun viemme levyt lähelle toisiaan siirtyvät vastakkaismerkkiset varaukset lähelle toisiaan ja samanmerkkiset varaukset etääntyvät toisistaan. Kosketus metallilevyyn johtaa ulkopinnalta varauksen pois ja metallilevyyn jää sisäpinnan varaus, joka on eri merkkinen kuin eristelevyssä.

Influenssikone

Influenssi-ilmiötä käytetään monella tavalla hyödyksi staattisen säkövarauksen aikaansaamiseksi ja varauksen siirtämisessä. Tavallinen demonstraatioväline koulujen fysiikanluokissa on influenssikone. Siinä on kaksi vastakkaisiin suuntiin pyörivää eristekiekkoa, joihin on liimattu aluminisuikaleita. Toiseen levyyn syntynyt sähkövaraus indusoi toiseen levyyn vastakkaismerkkisen varauksen, joka voidaan johtaa metallipalloihin tai leydenin pulloiksi kutsuttuihin varaajiin (tarkastellaan vähän tuonnempana). Koneella saadaan syntymään muutaman senttimetrin mittaisia sähkökipinöitä.

Van de Graaffin generaattori

Van de Graaffin generaattorista on olemassa pieniä kouluissa käytettäviä nauhageneraattoreita ja suuria hiukkaskiihdyttimissä käytettäviä laitteita. Esimerkiksi Helsingin yliopistolla on suuri Van de Graaffin generaattori hiukkaskiihdyttimenä.

Maasta tulee elektroneja harjojen välityksellä eristeestä valmistetulle nauhalle, joka kuljettaa elektonit ylös metallipallon sisään. Elektronit varastoituvat palloon, koska ne hylkivät toisiaan. Kun potentiaali kasvaa riittävän suureksi pallossa, varaus purkautuu sähkökipinänä tai valokaarena..

Pullogeneraattori

Siddons Collin esitteli kirjassaan Fysiikan kokeita muunnoksen John Tyndallin vuonna 1875 valmistamasta kojeesta. Collin käytti muovipulloa, jonka hän varasi silkkikankaalla. Hän teki sukkapuikosta akselin ja pyöritti pulloa.

Voisimme jäljitellä tätä laitetta.

Etsi pullo, jossa on merkintä Pe (polyeteeni) tai kokeile pullon sähköisyyttä. Polyeteenipulloissa voi olla pinta käsitelty sähköä johtavalla aineella, jolloin siihen ei jää varausta. Silkkiä on monenlaista, jotkut varaavat hyvin, toiset huonommin. Tutki mitkä aineet sähköistyvät ja mikä sopii parhaiten hieromiseen.

Voit tehdä akselin pullolle, mutta akseli ei ole välttämätön, jos se on tukevasti eristeestä tehdyllä telineellä, jossa se pääsee pyörimään.

Tee pullolle sopiva tuki ja veivi. Suunnittele itse yksityiskohdat. Pääasia on, että pullo saa voimakkaan kosketuksen kankaasta pulloa pyöritettäessä. Pullon varaus johdetaan sähkön varaajaan, leydenin pulloon (käsittelemme sitä tuonnempana). Voit painaa kädellä kangasta pulloa vasten tai kiinnittää kangas niin, ettäs kangas purituu pulloa vasten. Käsi johtaa elektroneja pullon pinnalle, jolloi kiinnipitäjä varautuu sähköllä. Mikäli haluat välttää (vaaratonta) sähköiskua, voit maadoittaa kankaan vesijohtoon, lämpöpatteriin tai tiskipöytään. Maadoitus korvaa käden.


Linkkejä
Electroscope
THE ELECTROPHOROUS - CHARGING BY INDUCTION
To charge an electroscope by induction
COTTRELL SMOKE PRECIPITATOR

©Internetix/Ismo Elo/Käyttöfysiikka Oy 1998