Koe 150 000 volttia – enemmän kuin Pikachu! Van de Graaff -generaattorin hämmästyttävät purkaukset

Olen tiedekouluttaja Ken Kuwako! Tervetuloa kanssani nauttimaan tieteestä tällä sivustolla.

Oletko kokenut kuivana talvipäivänä sen hetken, kun kosket ovenkahvaa ja ilmaan iskee ”PAM!”-kipinä, saaden sinut päästämään pienen hihkaisun? Tuo pieni, mutta ehdottomasti tuntuva ”staattinen sähkö” -ilmiö liittyy yllättävän tiiviisti erään tunnetun hahmon erikoisiskuun.

Kyllä, kyseessä on Pokémonin Pikachun käyttämä ”100 000 volttia” ⚡!

Mitä jos tuo ovenkahvan ”pamahdus” kätkisi sisäänsä voiman, joka on suurempi kuin Pikachun isku…? Tänään johdatan teidät tähän sähköiseen ja hieman kipuisaan (lol) staattisen sähkön syvään ja suurenmoiseen maailmaan!

Pikachu ylitetty!? 150 000 voltin jysäys⚡

Staattisen sähkön generaattori! Van de Graaffin generaattori!

Pikachun ”100 000 volttia” on äärimmäisen kuuluisa isku, mutta itse asiassa Narikan valmistaman staattisen sähkön generaattorin (Van de Graaffin generaattori) tuottama jännite on jopa 150 000 volttia! Aivan, se on enemmän kuin Pikachun isku!

Mitä luulet tapahtuvan, kun laitat tuon Van de Graaffin generaattorin päälle ja lähennät kättäsi? Jopa 10 cm:n päästä silminnähtävä salama syöksyy kohti sormeasi. Olen kuvannut tämän vaikuttavan näyn videolle, joten katsokaa se ehdottomasti!

Itse asiassa tein tämän kokeen aiemmin eräässä TV-ohjelmassa näyttelijä Suzu Hirosen kanssa. Hirose lähestyi Van de Graaffin generaattoria varovasti ja koki sähköpurkauksen. (Pieni vinkki on kääntää kämmenselkä generaattoriin päin, jotta kipinä syntyy helpommin!) Lue lisää täältä.

Miksi se sattuu? ”Sähköiskun” todellinen luonne

Kun yritin sammuttaa virrat… tapahtui jotain vieläkin hurjempaa!?

Purkauksen hetkellä Van de Graaffin generaattoriin varautunut negatiivinen sähkö virtaa nopeasti kätesi kautta jalkoihisi, minkä takia tunnet pienen pistävän kivun. Mutta miksi se ”sattuu”?

Kehomme käyttää normaalisti heikkoja sähköimpulsseja lihasten liikuttamiseen. Aivoista tuleva ”liikuta kättäsi!” -käskykin saavuttaa lihakset hermoja pitkin sähköisenä signaalina. Kun kehoon yhtäkkiä virtaa Van de Graaffin kaltainen voimakas sähkö, lihakset säikähtävät ja supistuvat tiukasti ilman omaa tahtoamme. Tämä äkillinen lihasten supistuminen on sen ”nykäyksen” ja epämiellyttävän ”kivun” todellinen syy.

Kun purkauksen valon onnistuu ikuistamaan, se näyttää tältä kauniilta (?) salamalta.

Ja muuten, kun olin lopettamassa koetta ja yritin sammuttaa virrat, sain jälleen voimakkaan ”sähköiskun”! Ilmeisesti sähköä oli kerääntynyt myös katkaisimen metalliosaan… Voi harmi. Tiede on hauskaa, mutta se paljastaa joskus hampaitaan odottamattomalla tavalla (lol).

【Tieteellinen pohdinta】 Voiko Pikachun 100 000 voltin isku todella osua?

Kuinka kauas Pikachun 100 000 voltin isku yltää?

Tässä herääkin kysymys. Kuinka kauas Pikachun ”100 000 volttia” oikeastaan kantaa?

Todellisessa maailmassa sähkön purkautuminen ilman läpi vaatii valtavan määrän energiaa. Nyrkkisääntönä on, että ilman läpi purkautuminen 1 cm:n matkalle vaatii noin 30 000 voltin jännitteen.

Tämän perusteella laskettuna Van de Graaffin generaattorimme 150 000 voltin purkausetäisyys on vain noin 5 cm. Animaatioissa nähty kauko-isku on siis fyysisten lakien valossa melko mahdoton. Jos Pikachu noudattaisi todellisuuden fysiikan lakeja, sen pitäisi päästä lähes kosketusetäisyydelle vastustajaan, jotta isku osuisi. Siinä tapauksessa lyönti olisi nopeampi…?

Mutta meidän ei pidä unohtaa ”virran” olemassaoloa.
Jännitettä verrataan usein ”sähkön työntövoimaan (kosken korkeuteen)” ja virtaa ”virtaavan sähkön määrään (kosken vesimäärään)”.

Staattisella sähköllä on erittäin korkea jännite (korkea koski), mutta virta on äärimmäisen pieni (pieni vesimäärä), minkä vuoksi se vain pistelee hieman. Kuitenkin kodin pistorasian sähkön jännite on matala, 100 volttia, mutta virta on suuri, minkä vuoksi se on erittäin vaarallista. Ehkä Pikachun iskun todellinen pelottavuus piilee juuri sen suuressa ”virrassa”.

Yhteys laboratorion kipinän ja taivaalla loistavan ”salaman” välillä

Kipinäpurkauksen ja salaman mysteeri

Kipinäpurkauksen, jonka näytin Van de Graaffin generaattorilla, voi havainnoida jatkuvammin induktiokelalla.

Laboratoriossa kipinäpurkaus ei synny ilman erittäin voimakasta 3 miljoonan voltin sähkökenttää metriä kohti. Kuitenkin luonnon ”salaman” uskotaan syntyvän paljon heikommassa, noin 200 000 voltin kentässä metriä kohti.
Miksi salama voi purkautua näin ”polttoainetehokkaasti”?
Tätä mysteeriä ei ole vielä tieteellisesti täysin selvitetty. Yksi vahva teoria on kuitenkin, että se liittyy avaruudesta tulevaan ”kosmiseen säteilyyn”. Ajatuksena on, että näkymätön pieni kosminen säde törmää ilmassa oleviin molekyyleihin ja ionisoi ne, luoden sähkölle ”väylän”, mikä mahdollistaa salaman syntymisen paljon matalammalla jännitteellä kuin normaalisti.

Eikö olekin jännittävää, että tarina, joka alkoi pienestä ovenkahvan kipinästä, johtaa näin suurenmoiseen kertomukseen avaruudesta?

Muuten, todellisen salaman energia on aivan omaa luokkaansa. Wikipedian mukaan salamaniskun jännite voi olla jopa 2 miljoonasta 1 miljardiin volttiin, ja virta 1 000 – 500 000 ampeeria. Pikachun 100 000 volttia näyttää naurettavan pieneltä, kun sitä vertaa tähän luonnonmullistuksen kaltaiseen energiaan!
Leiki staattisella sähköllä enemmän!
Van de Graaffin generaattorilla voit tehdä tällaisia hauskoja kokeita!
Van de Graaffin generaattorilla voit tehdä monia muita mielenkiintoisia kokeita kuin tänään esitellyt. Voit saada hiukset nousemaan pystyyn tai sytyttää loisteputken hehkumaan…! Olen tehnyt joitakin näistä kokeista TV-ohjelmissa monien artistien, kuten Suzu Hirosen, Ryohei Suzukin, Yasukon ja Chocolate Planet -koomikkoduo kanssa. Lue lisää täältä.

※Kokeet staattisen sähkön generaattorilla (Van de Graaffin generaattori) tulee aina suorittaa asiantuntijan valvonnassa. Kokeilkaa varoen. Jos sinulla on staattiseen sähköön liittyviä pyyntöjä (kuten työpajoja, TV-ohjelmien valvontaa tai esiintymisiä), ota yhteyttä täältä.

【Erikoisartikkeli】Kokeiluja staattisella sähköllä, joihin jää koukkuun!

Kyselyt ja pyynnöt

Tuo tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäksi! Olen koonnut tähän helposti ymmärrettäviä hauskoja tiedekokeita, joita voit tehdä kotona, ja vinkkejä niiden toteuttamiseen. Kannattaa selata!
・Tietoa ylläpitäjä Ken Kuwakosta täältä
・Erilaiset pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, tiedetyöpajat, TV-ohjelmien valvonta ja esiintymiset) täältä
・Artikkelipäivityksiä jaetaan X:ssä!

Tiedeasiaa-kanavalla on lisää koevideoita!