Statiskā elektrība ir drošākā elektrība mājas eksperimentiem. Vajag balonu, plastmasas ķemmi, dažus papīra gabaliņus un sausu dienu. Visus tālāk aprakstītos eksperimentus var izdarīt ar mājās atrodamām lietām, un mazākajiem bērniem pietiek, ja pieaugušais ir blakus.
Kas ir statiskā elektrība
Kad divi materiāli saskaras un atkal atdalās, daļa elektronu pāriet no viena uz otru. Elektrostatiskās izlādes asociācija (ESD Association) to sauc par triboelektrisko uzlādi. Viens priekšmets iegūst elektronu pārpalikumu un kļūst negatīvi uzlādēts, otram elektronu pietrūkst, un tas kļūst pozitīvi uzlādēts. Lādiņš paliek uz virsmas, līdz atrod ceļu, pa kuru aizplūst, tāpēc šo elektrību sauc par statisko.
Balons, ko paberzē pret matiem, paņem no tiem elektronus. Mati kļūst pozitīvi uzlādēti, balons negatīvi, un pretēji lādiņi pievelkas.
Uzlādēts balons pievelk arī neuzlādētus priekšmetus: papīru, sienu un pat ūdeni. Balona lādiņš priekšmetā pārvieto lādiņus. Metālā elektroni pārvietojas brīvi, bet papīrā vai sienā lādiņi molekulās tikai nedaudz nobīdās. Priekšmeta pusē, kas vērsta pret balonu, sakrājas pretējs lādiņš, un, tā kā tas ir tuvāk, pievilkšanās ir stiprāka par atgrūšanos. To sauc par lādiņa inducēšanu, un pēc tā paša principa darbojas arī elektroskops, kas aprakstīts raksta beigās.
Kāpēc ziemā izdodas labāk
Mitrums palīdz lādiņam aizplūst. ESD asociācijas dati rāda, ka cilvēkam, kas iet pa paklāju, sausā gaisā ar relatīvo mitrumu no 10 līdz 25 procentiem spriegums var sasniegt 35 000 voltu, bet gaisā ar 65 līdz 90 procentu mitrumu tikai aptuveni 1500 voltu. Ziemā apsildītās telpās gaiss ir sauss, tāpēc mati elektrizējas vairāk un balona eksperimenti izdodas vislabāk. Vasarā vai vannas istabā pēc dušas tie var neizdoties.
Drošība
- Eksperimentiem der tikai baloni, ķemmes, papīrs un plastmasa. Kontaktligzdu, vadus un tīklam pieslēgtas ierīces neizmanto nekad. Kāpēc tīkla spriegums ir pavisam cita lieta, aprakstām rakstā par to, kāpēc 220 volti ir bīstami.
- Uzlādētu balonu netuviniet datoram, telefonam un citai elektronikai, jo statiskā izlāde var sabojāt elektroniskās detaļas.
- Pārplīsuša balona gabaliņus mazs bērns var ieelpot vai norīt, tāpēc pieaugušais tos uzreiz savāc.
Septiņi eksperimenti
Mati, kas ceļas pretī balonam
Piepūtiet balonu un dažas reizes paberzējiet to pret sausiem, tīriem matiem vai vilnas džemperi. Lēnām attāliniet balonu no galvas: mati celsies augšup un sekos tam. Pēc berzēšanas mati ir pozitīvi uzlādēti, balons negatīvi, un pretēji lādiņi pievelkas. Tā kā visiem matiem ir vienāds lādiņš, tie arī atgrūž cits citu un saceļas kuplā cekulā.
Balons, kas pielīp pie sienas
Uzlādētu balonu piespiediet sienai un uzmanīgi atlaidiet. Sausā dienā tas var noturēties ilgāku laiku. Siena nav uzlādēta, bet balona lādiņš tās virsmā nedaudz nobīda lādiņus: tuvāk balonam nonāk pozitīvie, un tie balonu notur. Kad lādiņš pamazām aizplūst gaisā, balons nokrīt.
Papīrs, kas lec uz ķemmi
Saplēsiet salveti vai plānu papīru sīkos gabaliņos un izberiet uz galda. Plastmasas ķemmi dažas reizes izvelciet caur sausiem matiem un turiet pāris centimetru virs papīra. Gabaliņi uzlēks uz ķemmes, un daži pēc brīža atkal nokritīs. Tie nokrīt, jo, saskaroties ar ķemmi, paši iegūst tādu pašu lādiņu un tiek atgrūsti.
Pipari, kas atdalās no sāls
Uz šķīvja sajauciet tējkaroti sāls ar šķipsnu maltu piparu. Plastmasas karoti paberzējiet ar vilnas audumu un lēnām tuviniet to maisījumam no augšas. Pipari uzlēks uz karotes pirmie, jo to daļiņas ir vieglākas. Ja karoti nolaidīsiet zemāk, pievilksies arī sāls.
Skārdene, kas ripo pakaļ balonam
Tukšu alumīnija dzērienu skārdeni noguldiet uz gludas grīdas vai galda. Uzlādētu balonu turiet dažus centimetrus no tās, nepieskaroties. Skārdene sāks ripot uz balona pusi, un, ja balonu lēnām vedīsiet prom, tā ripos tam līdzi. Metālā elektroni pārvietojas brīvi, tāpēc balona lādiņš tos skārdenē viegli pārbīda un pievilkšanās ir spēcīga. Var sarīkot sacīkstes, kurš ar savu balonu ātrāk aizripinās skārdeni līdz finišam.
Ūdens strūkla, kas liecas
Atgrieziet krānu tā, lai tecētu pavisam tieva, vienmērīga strūkla. Uzlādētu ķemmi vai balonu tuviniet strūklai pāris centimetru attālumā, nepieskaroties ūdenim. Strūkla izliecas uz ķemmes pusi.
Bieži saka, ka tas notiek tāpēc, ka ūdens molekulas ir polāras un pagriežas pret ķemmi. Žurnālā Journal of Chemical Education 2000. gadā publicētā pētījuma autori šo demonstrējumu nosauca par nepareizi izprastu. Galvenais iemesls ir inducētais lādiņš: uzlādētā ķemme strūklā rada pretēju lādiņu, pilieni to nes sev līdzi, un ķemme tos pievelk. Ja ķemme pieskaras ūdenim, tā samirkst un izlādējas. Tad to noslauka un uzlādē no jauna.
Elektroskops no burkas
Elektroskops rāda, vai priekšmetam ir lādiņš. Vajadzēs stikla burku ar plastmasas vai kartona vāku, metāla saspraudi un alumīnija foliju.
Pieaugušais vākā izdur caurumu. Saspraudi iztaisnojiet, izbāziet caur caurumu un apakšējo galu saliekiet nelielā āķī. Šauru folijas strēmelīti pārlokiet pār āķi tā, lai abas puses brīvi nokarātos blakus. No folijas saveliet bumbiņu un uzspiediet to uz saspraudes augšējā gala virs vāka. Uzlieciet vāku uz burkas, un strēmelīte būs iekšā, kur to netraucē gaisa kustība.
Tagad uzlādētu balonu tuviniet bumbiņai, bet nepieskarieties. Folijas puses atvirzās viena no otras, un, kad balonu attālināsiet, atkal saplok. Fiziķis Ričards Ficpatriks no Teksasas Universitātes Ostinā savās lekcijās elektroskopa darbību skaidro šādi: uzlādēts priekšmets metālā pārvieto elektronus, abas plānās metāla lapiņas apakšā iegūst vienādu lādiņu un tāpēc atgrūž viena otru. Mūsu burkā šīs lapiņas ir folijas puses. Ja ar balonu pieskarsieties bumbiņai, daļa lādiņa pāries uz elektroskopu, un puses paliks atvirzītas arī tad, kad balonu noņemsiet. Pieskarieties bumbiņai ar pirkstu, un tās saplaks, jo lādiņš aizplūdīs caur jums.
Citus trikus, ko skolēns var parādīt klasē, esam apkopojuši rakstā Eksperimenti, ko parādīt klasesbiedriem. Vairāk mājas eksperimentu ar to, kas atrodams virtuvē un vannas istabā, piemēram, lavas lampu glāzē un sarkano kāpostu indikatoru, atradīsiet rakstā Eksperimenti bērniem mājās.
Kur redzēt vairāk
Kad balons un ķemme ir izmēģināti, var paskatīties, kā izskatās lielāki lādiņi. Izrādē "Īssavienojums" ir droši statiskās elektrības eksperimenti, krāsaini zibeņi un Teslas spole, un tur izskaidro 220 voltu un 220 tūkstošu voltu paradoksu. Izrāde ilgst apmēram stundu, ir paredzēta bērniem no 5 gadiem, un eksperimentos piedalās arī pieaugušie. To rādīs 8. novembrī Zinātnes teātrī Teikā, Brīvības gatvē 211: latviešu valodā plkst. 11.00, krievu valodā plkst. 13.00. Biļetes pārdod tikai vietnē bilesuserviss.lv (Biļešu Serviss, atveras jaunā cilnē). Pārējās izrādes un datumi ir kalendārā.
