חשמל סטאטי באוויר

חשמל סטאטי באוויר \   אהוד קלפון

 

בימים בהירים ויבשים של הסתיו והחורף, מרגישים לפעמים בזיק חשמלי (די כואב) כשנוגעים בחפץ מתכתי כלשהו. ניצוץ חשמלי כזה, הזורם מהיד דרך האוויר אל ידית המכונית, קורה רק באוויר יבש מאוד ואינו קורה בימי הקיץ הלחים.

כדי להבין איך פועל חשמל סטאטי, צריך לשוב למבנה האטום, המרכיב את כל מה שיש מסביבנו. החוקרים טוענים שהיום ידועים  115 סוגים שונים של אטומים וכל החומרים בנויים ממגוון השילובים של אותם האטומים. בתוך האטום (שהוא היחידה הקטנה ביותר של החומר), יש גרעין המורכב מפרוטונים ונויטרונים. החלקיקים הזעירים יותר המסתובבים מסביב לגרעין, הם האלקטרונים. כל 115 האטומים שונים זה מזה, כי יש להם מספר שונה של פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים. הסידור הזה של גרעין אטום שמסביבו מסתובבים אלקטרונים, מזכיר את מערכת השמש עם הפלנטות שנעות מסביב לשמש. גרעין האטום נמצא במרכז כמו השמש והאלקטרונים נעים מסביב לגרעין, כמו שכוכבי הלכת נעים סביב לשמש.

לפרוטונים יש מטען חשמלי חיובי, לאלקטרונים יש מטען חשמלי שלילי ולנויטרונים אין מטען חשמלי כלל. המטען החשמלי של פרוטון אחד שווה למטען החשמלי של אלקטרון אחד. כאשר מספר האלקטרונים משתווה למספר הפרוטונים, אז אין מטען חשמלי באטום הזה כי הוא מאוזן ונויטראלי. הפרוטונים והנויטרונים שבגרעין האטום מחוברים ביניהם בקשר חזק מאוד, אולם האלקטרונים המקיפים את הגרעין מחוברים באופן די רופף והם יכולים לנוע מאטום אחד למשנהו. האטום שמפסיד אלקטרונים יש לו מטען חיובי והאטום שמקבל אלקטרונים יש לו מטען שלילי. מכנים את האטומים הטעונים (חיובי או שלילי) בשם יונים. חומרים מסוימים מחזיקים את האלקטרונים שלהם בעוצמה רבה והם כמעט לא נעים בין האטומים של אותו החומר.

חומרים אלה נקראים "מבודדים" כגון  פלסטיק, כותנה, צמר בדים למיניהם, זכוכית, וכן אוויר יבש. חומרים אחרים מחזיקים את האלקטרונים בצורה חלשה כך שהם יכולים לנוע בקלות ובאופן חופשי בין אטומי החומר. לחומרים מסוג זה קוראים "מוליכים". איך נעים האלקטרונים ממקום למקום?  הדרך הפשוטה היא לשפשף שני עצמים ביחד ונוצרת מגנטיות וחשמל סטאטי.

חשמל סטטי, הוא חוסר איזון של המטען החשמלי החיובי והשלילי. המגע  בין שני חומרים שונים, גורם לתנועה של אלקטרונים. ככל שגדל החיכוך והשפשוף בין שני חומרים שונים, נעים יותר אלקטרונים והמטען החשמלי גדל. מטענים מנוגדים נמשכים זה לזה ומטענים דומים דוחים זה את זה. חפץ טעון (חיובית או שלילית) ימשוך גם חומר נויטראלי. אם משפשפים בלון נפוח בשיער או בבגד, הוא נטען באופן שלילי, כלומר הוא אוסף אליו הרבה אלקטרונים.
כאשר משפשפים כובע על השערות, האלקטרונים נעים מהשיער אל הכובע. לשערות יש מטען חיובי ולכובע יש מטען שלילי. מאחר וכל שערה טעונה במטען חיובי ומטענים דומים דוחים זה את זה, לכן השערות "מנסות" להתרחק זו מזו בגלל שמטענן דומה. לעתים השערות מזדקפות וסומרות עם מרווחים ביניהן. כאשר אנו נעים על גבי שטיח, האלקטרונים נעים מהשטיח אלינו, יש לנו עודף אלקטרונים ומטענינו שלילי.

אם ניגע בידית ברזל של הדלת שהיא מוליכה מצוין, האלקטרונים נעים במהירות מגופנו אל המתכת של הידית ומקבלים מכת זרם (של חשמל סטטי) שלפעמים היא חזקה וכואבת. אנו מרגישים במכת חשמל כאשר האוויר יבש מאוד. בימים שיש לחות באוויר, המים שבאוויר עוזרים לאלקטרונים להשתחרר מהגוף מבלי ליצור מטען חזק ומרוכז. כאשר משפשפים שני עצמים שונים ביחד, חלק מהם נטען חיובי וחלק נטען שלילי.

החוקרים ערכו רשימת חומרים הנטענים חיובי על ידי איבוד אלקטרונים, ורשימת חומרים הנטענים שלילי על ידי קבלת אלקטרונים. למשל שערות, ניילון  וזכוכית משחררים אלקטרונים והופכים חיובי ולעומתם, נייר, כותנה וגומי מקבלים אלקטרונים והופכים שלילי. כאשר יש טעינה אלקטרו- סטטית , אין יצירה או איבוד של אלקטרונים או יצירה או איבוד של פרוטונים. האלקטרונים פשוט נעים ממקום למקום והמטען החשמלי נשאר ללא שינוי (ללא רווח או הפסד). לזה קוראים חוק שימור המטען החשמלי.

עצמים טעונים מבחינה חשמלית יוצרים שדה מגנטי בלתי נראה מסביבם. העוצמה של השדה המגנטי תלויה בעוצמת הטעינה (טעינה חזקה נותנת שדה מגנטי חזק), המרחק (ככל שהמרחק גדל השדה המגנטי נחלש),  וצורת העצם עצמו. האטומים עצמם נויטראלים  מבחינה חשמלית, כי מספר האלקטרונים (-) הנעים סביב הגרעין שווה למספר הפרוטונים (+) שבגרעין האטום. אם משפשפים עצמים ביחד, האלקטרונים נעים מאטום לאטום. חלק מהאטומים מקבלים עודף אלקטרונים והופכים להיות טעונים מטען שלילי, האטומים שאיבדו אלקטרונים נטענים במטען חיובי והמצב הזה יוצר מטען חשמלי סטאטי.

                                                                

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                               

 

 


Comments