Kopiokoneen salaisuuden paljastus! Näe staattisen sähkön piirtämät “näkymättömät kirjaimet”

Olen Ken Kuwako, tiedekouluttaja. Jokainen päivä on kokeilu.

Kopiokoneen Salaisuus Selville?! Kummallinen Kokeilu Staattisella Sähköllä

Kopiokoneet monistavat paperia kuin taikaiskusta yhdellä napin painalluksella. Käytämme niitä kouluissa, kaupoissa ja toimistoissa itsestäänselvyytenä, mutta etkö ole koskaan miettinyt sen ”nopeuden” ja ”tarkkuuden” salaisuutta? Avain on itse asiassa sama ”staattinen sähkö”, joka saa villapaidan riisumisen tuntumaan talvella pieneltä sähköiskulta! Tavallisesti hieman harmillisena pidetty staattinen sähkö on kopiokoneen sisällä ”näkymätön apuri”. Sillä on tärkeä rooli mustejauheen (väriaineen/toonerin) liimaamisessa tiukasti paperiin.

Tällä kertaa esittelemme kokeilun, joka on kuin taikuutta: kirjoitus nousee tyhjästä staattisen sähkön ihmeellisen voiman avulla. Kun ymmärrät tämän, voit kutsua itseäsi ”Kopiokone-professoriksi”! Kokeiluun tarvittavat materiaalit löytyvät helposti kotoa, joten haasta itsesi ja kokeile!

Tarvikkeet
Muovilevy (käy myös esim. lihatiskeiltä saatava muovinen alusta), pyyhe, teräsvilla, hiomapaperi (tai esim. raastin/viila)

※ Styroxista valmistettuja levyjä (esim. nimellä ”värillinen levy”) on myynnissä esim. Daishossa (100 jenin kauppa). Kaikki tarvikkeet ovat helposti saatavilla edullisesti!

Ohjeet
Aseta muovilevy pöydälle ja ”kirjoita” tekstiä sormen ympärille kiedotulla pyyhkeellä. Mustetta ei tietenkään tule. Mutta tämä ”hankaaminen” on se näkymätön taikaluonnos! Kirjoitimme tällä kertaa sanan ”かがく” (tiede).

Levitä teräsvillaa levyn päälle. Ota teräsvillaa ja hankaa sitä hiomapaperilla (tai viilalla). Tärkeintä on saada teräsvillasta mahdollisimman hienoa jauhetta. Hienompi jauhe tarttuu myöhemmin helpommin staattisen sähkön vetovoimaan.

Tee tämä vanhempasi kanssa, jotta vältät loukkaantumiset.

3. Kun jauhetta on ripoteltu tarpeeksi, taputtele levyä kevyesti ylimääräisen jauheen pudottamiseksi. Kas kummaa! Esille ilmestyy täsmälleen se teksti, jonka pyyhkeellä hankasit! Todella mielenkiintoista!

Sana ”Kagaku” (Tiede) ilmestyy näkyviin!

Mekanismi (Miksi se toimii?)
Miksi näin kummallinen asia tapahtuu?

Kun Styroxia (muovilevyä) hangataan pyyhkeellä (kankaalla), tapahtuu ilmiö nimeltä ”kitkasähkö” (tribosähköistyminen). Tässä ilmiössä sähköä siirtyy, kun kaksi erilaista materiaalia hankaavat toisiaan vasten, jolloin syntyy staattista sähköä. Se on sama ilmiö, kun villapaidan riisuminen talvella saa aikaan rätinää. Tässä kokeessa levyn pinta latautuu negatiivisesti.

Tässä vaiheessa sitä ei voi nähdä, mutta alueet, joihin hankasit, ovat (erityisesti) latautuneet sähköisesti. Tämä on avainasia. Levyn päällä on nyt ikään kuin staattisesta sähköstä koostuva ”näkymätön kirjoitus”.

Kun tälle pinnalle ripotellaan hienonnettua teräsvillajauhetta (metalli), teräsvillajauheessa tapahtuu ilmiö nimeltä ”sähköinen induktio” (staattinen induktio). Levyn negatiivinen sähkö vetää puoleensa teräsvillajauheen sisältämää positiivista sähköä. Tämä johtuu siitä, että sähkövarauksilla on veto- tai hylkimisvoima (kutsutaan Coulombin voimaksi) – plus ja miinus vetävät toisiaan puoleensa.

Tämän seurauksena teräsvillajauhe tarttuu tiukasti vain niihin alueisiin, joissa staattista sähköä on kertynyt – eli ”näkymättömään kirjoitukseen”. Kun ylimääräinen jauhe lopuksi pudotetaan pois, kirjoitus ilmestyy näkyviin!

Lue lisää sähköisestä induktiosta tästä artikkelista: ”Kokeile lähestyä ilmapalloa alumiinitölkkiin”.

Tällä on sama perusperiaate kuin kopiokoneen mekanismissa.

Oikeassa kopiokoneessa koko ”valojäljennösrumpu” (valonherkkä rumpu) ladataan ensin staattisella sähköllä. Sitten kopioitavaan alkuperäiseen paperiin kohdistetaan voimakas valo, ja rummulle heijastetaan siitä heijastunut valo.

Tällöin alkuperäisen paperin ”valkoisista alueista” heijastunut valo purkaa sähkövarauksen rummulta (käyttämällä erityistä ominaisuutta, jossa sähkö karkaa valon osuessa).

Tämän seurauksena vain alkuperäisen paperin ”mustien kirjainten ja kuvien alueet” (koska niistä ei heijastu valoa) pysyvät latautuneina rummun pinnalla. Tämä on sama tila kuin kokeessa luomamme ”näkymätön kirjoitus”.

Kun tähän tuodaan lähelle hienojakoista mustejauhetta eli väriainetta (tooner/toner), jolla on sama tehtävä kuin kokeessa käyttämällämme teräsvillajauheella, väriaine tarttuu vain niihin alueisiin, joihin sähkövaraus on jäänyt (eli mustien kirjainten alueisiin).

Lopuksi väriaine siirretään paperille ja kiinnitetään siihen tiukasti kuumuudella (kiinnitys). Sitten kopiointi on valmis! Onpa mielenkiintoista, että tällainen upea tiede piilee näin tutussa kopiokoneessa! Tämä kokeilu on helppo tehdä kotona, ja se on kuin jännittävä salakirjoitus. Kokeile ihmeessä!

Tällaisia hauskoja kokeiluja voit tehdä sähkögeneraattorilla (Van de Graaff)!
Van de Graaff -generaattori on suositeltava laite suuriin staattisen sähkön kokeiluihin! Olemme myös julkaisseet hauskoja kokeiluja, joissa käytetään Van de Graaff -generaattoria. Nämä sisältävät myös kokeiluja, jotka tehtiin TV-ohjelmassa näyttelijöiden ja koomikoiden kanssa. Lue lisää täältä.

※ Huomaa, että Van de Graaff -generaattorilla tehtävät kokeilut on aina suoritettava asiantuntijan valvonnassa. Ole varovainen kokeillessasi! Jos sinulla on pyyntöjä staattisen sähkön kokeiluihin liittyen (esim. työpajat, TV-konsultointi tai esiintyminen), ota meihin yhteyttä täältä.

【Erikoisartikkeli】Et voi lopettaa! Staattisen sähkön kokeiluja

Yhteydenotto ja pyynnöt
Tuo tieteen ihmeet ja hauskuus lähemmäksi itseäsi! Olemme koonneet selkeät ohjeet hauskoihin kotona tehtäviin tiedekokeiluihin ja vinkkeihin. Hae vapaasti lisää!

Tiedeaiheinen blogimme on julkaistu kirjana. Lue lisää täältä.

Lisätietoja ylläpitäjästämme Ken Kuwakosta täältä.

Kaikenlaiset pyynnöt (kirjoittaminen, luennot, kokeilupajat, TV-konsultointi/esiintymiset jne.) täältä. * Artikkeilipäivitykset lähetetään X:ssä!

Kokeiluvideoita lähetetään Tieteen Netti-kanavalla!