Pikachun voittaja! Paljasta staattisen sähkön salaisuus ja näe 10 000 voltin kipinät Leyden-purkilla!
Olen Ken Kuwako, tiedekouluttaja. Joka päivä on kokeilu.
Oletko koskaan saanut sitä ”sähäkkää” kipinää ja pientä tärähdystä kurkottaessasi ovenkahvaan kuivana talvipäivänä? Se pieni valonvälähdys on itse asiassa ilmiö nimeltä sähköpurkaus, jossa sähkö hyppää sormesi ja ovenkahvan välin yli. Sillä hetkellä syntyvä jännite on aivan uskomaton – se ylittää reilusti sen, mitä osaisimme kuvitella!
Staattinen sähkö: Voimaa kymmenien tuhansien volttien edestä!
Jos sormesi ja ovenkahvan välissä olisi vaivainen 1 cm rako, purkauksen syntymiseen tarvittaisiin huimat noin 30 000 volttia! Ajattele, että tavallinen pistorasia antaa vain 100 V, eli jännite on 300-kertainen! Tämän täytyy havainnollistaa, kuinka raju voima staattisessa sähkössä piilee.
Mutta miksi ihmeessä et saa hengenvaarallista sähköiskua noin valtavasta jännitteestä? Syy on siinä, että vaikka jännite on korkea, läpi kulkeva sähkövirta on erittäin pieni ja tapahtuma kestää vain välähdyksenomaisen hetken. Voit ajatella sitä näin: vaikka vesi suihkuaisi letkusta kovalla paineella (korkea jännite), jos se on vain kupillinen vettä (pieni virta), vahinko on olematon!
No, entä jos purkausetäisyys olisikin vain 3 mm? Silloinkin jännite on peräti noin 10 000 volttia – edelleen 100-kertainen pistorasiaan verrattuna! (Vertailun vuoksi: tämä on vasta kymmenesosa Pikachun legendaarisesta ”100 000 voltin” iskusta. Sitä voi jo sanoa tykitykseksi!)
Tätä kokeilua varten kuvattiin, kuinka turvallisesti luodaan ja puretaan tätä arjessamme piilevää 10 000 voltin staattista sähköä. Näe pieni ”salama” iskeä videolla!
Haaste kotiin: Tarkkaile 10 000 voltin purkausta itse!
Kokeile tarkkailla videolla näkemääsi purkausta itse. Käytämme tähän tarkoitukseen laitetta nimeltä Leydenin pullo. Se on muuten maailman ensimmäinen sähköä varastoiva laite (eli kondensaattori), joka keksittiin jo 1700-luvulla!
Tarvitset:
Leydenin pullo (katso ohjeet sen tekemiseen täältä), lyijykynä, jossa on kiinni alumiinifoliota, teippiä, ilmapallo, pyyhe.
Näin teet sen:
１. Valmista Leydenin pullo (katso ohjeet täältä).
２. Kerää Leydenin pulloon staattista sähköä hankaamalla ilmapalloa pyyhkeellä. Katso sähkön keräysohjeet täältä. (Kuvittele kerääväsi ilmapallolla hankaamalla syntyneen sähkön pullon sisään!)
３. Leikkaa alumiinifoliosta nauha ja kiinnitä se lyijykynään teipillä.
４. Muodosta sähköpiiri yhdistämällä lyijykynän folionauha Leydenin pullon sisä- ja ulkopuolen folioihin. Kun lähennät niitä hitaasti, hitaasti… näet kipinän!
Mekanismi: Miten sähkö varastoituu ja miksi se syttyy?
Leydenin pullo on pohjimmiltaan kuin ”sähköinen voileipä”, jossa sähkö (eli negatiivisesti varautuneet elektronit) on puristettu pullon sisä- ja ulkopuolen alumiinifolioiden väliin. Ilmapallolla hankauksen avulla kerätyt elektronit varastoituvat sisäfolioon.
Kerää Leydenin pulloon mahdollisimman paljon staattista sähköä, tavoitteena noin 10 000 volttia. Kun tässä tilassa yhdistät varautuneen sisäfolion ja ulkofolion lyijykynän folion avulla, tapahtuu ”koronapurkaus”, ja näet kirkkaan välähdyksen.
Tämän saa aikaan kymmenien tuhansien volttien korkea jännite: se pakottaa elektronit hyppäämään ilmaan ja saa normaalisti eristävän ilman ”ionisoitumaan” (eli muuttumaan sähköä johtavaan tilaan). Kun sähkövirran reitti on kerran luotu, siihen syöksyy yhä enemmän elektroneja – kyseessä on kuin sähköinen ”lumivyöry” – jonka me näemme kirkkaana valona ja kipinänä.
Koe, jolla on paikka tieteen historiassa
Tämä Leydenin pullo on tosiaan näytellyt erittäin merkittävää osaa tieteen historiassa. Leydenin pullon historiallisesta taustasta löydät lisätietoa täältä.
Leydenin pullolla voit tehdä tällaisia hauskoja kokeita!
Tällä Leydenin pullolla pääsee tekemään monenlaisia hauskoja kokeita, alkaen ”sadannen ihmisen pelottelusta” (perinteinen tiedekoe, jossa kaikki pitävät toisiaan kädestä ja kokevat staattisen sähkön!)! Näihin kuuluu jopa kokeita, jotka on tehty televisio-ohjelmissa kuuluisuuksien kanssa, kuten Suzu Hirose, Ryohei Suzuki, Yasuko, ja Chocolate Planet -komediaduo Osada ja Matsuo. Sähkön voima on todella ihastuttanut ja hämmästyttänyt ihmisiä kautta aikojen! Lue niistä lisää tästä.
Se ovenkahvan ”sähäys” on toisesta näkökulmasta katsottuna pieni 10 000 voltin salama! Kun katsot asioita tieteen silmin, huomaat arjen olevan täynnä ihmeitä ja yllätyksiä!
※ Huomio: Kokeet sähkögeneraattoreilla (Van de Graaff) on ehdottomasti tehtävä asiantuntijan valvonnassa. Kokeile varoen! Jos sinulla on kyselyitä staattisen sähkön kokeisiin liittyen (esim. kokeilutunnille pyytäminen, TV-konsultointi/esiintyminen jne.), ole hyvä ja ota yhteyttä tämän linkin kautta.
【Erikoisartikkeli】Et voi lopettaa! Staattisen sähkön kokeilut
Yhteydenotot ja pyynnöt
Tuodaan tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäksi arkea! Täältä löydät selkeät ohjeet hauskoihin kotona tehtäviin tieteellisiin kokeisiin ja vinkkejä niiden toteuttamiseen. Kokeile tehdä hakuja! ・Tietoa ylläpitäjästä, Ken Kuwakosta, löydät täältä ・Erilaiset toimeksiannot (kirjoittaminen, luennot, kokeilutunnit, TV-konsultointi/esiintymiset jne.) täältä ・Artikkelien päivitykset julkaistaan X:ssä!
Kokeiluvideoita julkaistaan Tiedeideoiden kanavalla!
