Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:19 • sest 21:35 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 25:18 • Sest 04:56 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 07:07 • Síðdegis: 19:24 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 01:08 • Síðdegis: 13:14 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Vísindavefur Bekkirnir spyrja Vísindasmiðjan
Náttúruvísindi og verkfræði Orkumál
Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: í daglegu lífi

Hvað er stöðurafmagn?

Þorsteinn Vilhjálmsson og Ögmundur Jónsson

Flestir kannast við að hafa strokið uppblásinni blöðru hratt fram og aftur eftir hári sínu og látið hana svo loða við vegg í stutta stund. Eftir meðferðina stendur hárið gjarnan beint út í loftið og er svolitla stund að jafna sig. Hvort tveggja, blaðran og hárið, hefur fengið rafhleðslu og sagt er að myndast hafi stöðurafmagn (static).

Hið sama gerist í rauninni þegar við greiðum þurrt hár með greiðu sem er líka þurr. Ef við berum greiðuna á eftir að bréfsnifsum á borði, þá sjáum við þau lyftast þegar hún nálgast og setjast jafnvel á greiðuna.

Uppruni orðsins rafmagn er hliðstæður uppruna erlenda orðsins sem hefur sömu merkingu, samanber til dæmis electricity á ensku. Stofn þess orðs, elektron, er kominn allar götur úr forngrísku og þýðir einmitt raf. Menn hafa sem sagt vitað mjög lengi að efni eins og raf „rafmagnast“ þegar þau eru strokin með viðeigandi efnum, til dæmis silki, og sýna þá svipaða hegðun og áður var lýst.

Á 18.-19. öld fundu menn á þessu skýringu sem byggist á hugtakinu rafhleðsla. Rafhleðsla getur verið ýmist jákvæð eða neikvæð og oftast er jafnmikið af báðum tegundum í efninu þannig að hlutirnir sem heild verða þá óhlaðnir. En stundum er hægt að flytja hleðslu milli hluta þannig að annar verður þá jákvætt hlaðinn en hinn fær jafnmikla neikvæða hleðslu. Það er einmitt þetta sem gerist í dæmunum sem nefnd voru hér á undan um blöðruna og hárið, greiðuna og hárið, og um rafið og silkið.

Tvær rafhleðslur ýta hvor annarri frá sér ef þær hafa sama formerki, eru annaðhvort báðar jákvæðar eða báðar neikvæðar. Ef þær hafa hins vegar gagnstætt formerki, önnur jákvæð en hin neikvæð, þá dragast þær hvor að annarri. Þegar rafhleðsla er borin að óhlöðnum hlut getur rafhleðslan færst til í honum þannig að gagnstæð hleðsla safnast þeim megin sem upphaflega hleðslan er en hin hliðin á hlutnum verður þá hlaðin á sama veg og hún. Þetta verður til þess að samanlagt myndast aðdráttarkraftur milli hleðslunnar og hlutarins þó að hann sé eftir sem áður óhlaðinn sem heild.

Það er einmitt þetta sem gerist þegar rafhlaðin blaðra er borin að vegg. Gagnstæð rafhleðsla safnast fyrir í veggnum næst blöðrunni og aðdráttarkrafturinn frá henni verður meiri en fráhrindingarkrafturinn frá samstæðu hleðslunni sem ýtist lengra inn í vegginn. Hið sama gildir um greiðuna og bréfsneplana sem við nefndum hér á undan.

Á tuttugustu öld mótaðist enn nánari eða dýpri skýring á rafmagni, rafhleðslu og stöðurafmagni. Hún byggist á innri gerð efnisins þar sem frumeindir (atóm) og rafeindir gegna lykilhlutverkum, en óþarft er að rekja hana nánar hér.

Rafhleðsla í hlut hefur tilhneigingu til að jafnast út og dreifast um hlutinn með rafstraumi eða leiðingu (conduction) sem svo er kölluð. Efnin kringum okkur eru hins vegar yfirleitt ýmist leiðarar eða einangrarar; þau leiða rafstraum ýmist mjög vel eða mjög illa. Ef rafhleðsla er í einangrandi efni og slík efni eru allt um kring getur hleðslan haldist þar lengi, en hún flyst hins vegar í burt og jafnast út ef einhvers staðar eru leiðarar sem flytja hana greiðlega.

Við eldingu flyst stöðurafmagn frá himninum að jörð.

Rafleiðni loftsins sem við öndum að okkur breytist mjög með rakastigi loftsins. Þurrt loft leiðir rafmagn mjög illa en rakt loft miklu betur. Hlutir sem fá með einhverjum hætti á sig rafhleðslu tapa henni því fljótlega ef loftið er rakt en halda henni lengi í þurru lofti. Það sem við köllum stöðurafmagn er því algengast við slíkar aðstæður.

Hurðarhúnar úr málmi í tréhurðum eru gott dæmi um þetta. Húnninn er leiðandi þannig að rafhleðsla dreifist greiðlega um yfirborð hans en tréð er einangrandi þannig að hleðslan fer ekki greiðlega þá leiðina burt. Ef loftið í kring er hins vegar rakt afhleðst húnninn þá leiðina.

Annað kunnuglegt dæmi um þetta er fjölskyldubíllinn. Hann getur auðveldlega tekið á sig rafhleðslu með núningi við loftið, ekki síst ef hann er hreinn og nýbónaður og loftið er vel þurrt. Margir kannast líklega við að hafa fengið á sig rafhögg (“stuð”) frá bíl við slíkar aðstæður. Þetta rafhögg er í rauninni skyndilegur rafstraumur sem verður þegar hleðslan á bílnum eða svæðinu sem við snertum hleypur gegnum okkur og til jarðar.

Þar sem stöðurafmagn er í rauninni ekkert annað en rafhleðsla er það mælt með hleðslumælingu. Slíkt má gera með ýmsum tækjum og tólum nú á dögum en elsta tækið til þess er svokölluð rafsjá (electroscope). Hér er sýnt hvernig búa má til einfalda rafsjá úr sogrörum og öðrum einföldum hlutum úr daglegu lífi.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

Mynd:

Upphafleg spurning Katrínar var þessi:

Hvað er stöðurafmagn og hvernig er hægt að mæla það? Andrés spurði hins vegar: Hvernig myndast stöðurafmagn? Reynt verður að svara öllum þessum spurningum hér á eftir.

Höfundar

Þorsteinn Vilhjálmsson

Þorsteinn Vilhjálmsson

prófessor emeritus, ritstjóri Vísindavefsins 2000-2010 og ritstjóri Evrópuvefsins 2011

Ögmundur Jónsson

heimspekinemi við HÍ

Útgáfudagur

2.1.2001

Spyrjandi

Andrés Þorleifsson; Katrín Jóhannesdóttir

Efnisorð

Tilvísun

Þorsteinn Vilhjálmsson og Ögmundur Jónsson. „Hvað er stöðurafmagn?“ Vísindavefurinn, 2. janúar 2001. Sótt 25. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=1255.

Þorsteinn Vilhjálmsson og Ögmundur Jónsson. (2001, 2. janúar). Hvað er stöðurafmagn? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=1255

Þorsteinn Vilhjálmsson og Ögmundur Jónsson. „Hvað er stöðurafmagn?“ Vísindavefurinn. 2. jan. 2001. Vefsíða. 25. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=1255>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvað er stöðurafmagn?
Flestir kannast við að hafa strokið uppblásinni blöðru hratt fram og aftur eftir hári sínu og látið hana svo loða við vegg í stutta stund. Eftir meðferðina stendur hárið gjarnan beint út í loftið og er svolitla stund að jafna sig. Hvort tveggja, blaðran og hárið, hefur fengið rafhleðslu og sagt er að myndast hafi stöðurafmagn (static).

Hið sama gerist í rauninni þegar við greiðum þurrt hár með greiðu sem er líka þurr. Ef við berum greiðuna á eftir að bréfsnifsum á borði, þá sjáum við þau lyftast þegar hún nálgast og setjast jafnvel á greiðuna.

Uppruni orðsins rafmagn er hliðstæður uppruna erlenda orðsins sem hefur sömu merkingu, samanber til dæmis electricity á ensku. Stofn þess orðs, elektron, er kominn allar götur úr forngrísku og þýðir einmitt raf. Menn hafa sem sagt vitað mjög lengi að efni eins og raf „rafmagnast“ þegar þau eru strokin með viðeigandi efnum, til dæmis silki, og sýna þá svipaða hegðun og áður var lýst.

Á 18.-19. öld fundu menn á þessu skýringu sem byggist á hugtakinu rafhleðsla. Rafhleðsla getur verið ýmist jákvæð eða neikvæð og oftast er jafnmikið af báðum tegundum í efninu þannig að hlutirnir sem heild verða þá óhlaðnir. En stundum er hægt að flytja hleðslu milli hluta þannig að annar verður þá jákvætt hlaðinn en hinn fær jafnmikla neikvæða hleðslu. Það er einmitt þetta sem gerist í dæmunum sem nefnd voru hér á undan um blöðruna og hárið, greiðuna og hárið, og um rafið og silkið.

Tvær rafhleðslur ýta hvor annarri frá sér ef þær hafa sama formerki, eru annaðhvort báðar jákvæðar eða báðar neikvæðar. Ef þær hafa hins vegar gagnstætt formerki, önnur jákvæð en hin neikvæð, þá dragast þær hvor að annarri. Þegar rafhleðsla er borin að óhlöðnum hlut getur rafhleðslan færst til í honum þannig að gagnstæð hleðsla safnast þeim megin sem upphaflega hleðslan er en hin hliðin á hlutnum verður þá hlaðin á sama veg og hún. Þetta verður til þess að samanlagt myndast aðdráttarkraftur milli hleðslunnar og hlutarins þó að hann sé eftir sem áður óhlaðinn sem heild.

Það er einmitt þetta sem gerist þegar rafhlaðin blaðra er borin að vegg. Gagnstæð rafhleðsla safnast fyrir í veggnum næst blöðrunni og aðdráttarkrafturinn frá henni verður meiri en fráhrindingarkrafturinn frá samstæðu hleðslunni sem ýtist lengra inn í vegginn. Hið sama gildir um greiðuna og bréfsneplana sem við nefndum hér á undan.

Á tuttugustu öld mótaðist enn nánari eða dýpri skýring á rafmagni, rafhleðslu og stöðurafmagni. Hún byggist á innri gerð efnisins þar sem frumeindir (atóm) og rafeindir gegna lykilhlutverkum, en óþarft er að rekja hana nánar hér.

Rafhleðsla í hlut hefur tilhneigingu til að jafnast út og dreifast um hlutinn með rafstraumi eða leiðingu (conduction) sem svo er kölluð. Efnin kringum okkur eru hins vegar yfirleitt ýmist leiðarar eða einangrarar; þau leiða rafstraum ýmist mjög vel eða mjög illa. Ef rafhleðsla er í einangrandi efni og slík efni eru allt um kring getur hleðslan haldist þar lengi, en hún flyst hins vegar í burt og jafnast út ef einhvers staðar eru leiðarar sem flytja hana greiðlega.

Við eldingu flyst stöðurafmagn frá himninum að jörð.

Rafleiðni loftsins sem við öndum að okkur breytist mjög með rakastigi loftsins. Þurrt loft leiðir rafmagn mjög illa en rakt loft miklu betur. Hlutir sem fá með einhverjum hætti á sig rafhleðslu tapa henni því fljótlega ef loftið er rakt en halda henni lengi í þurru lofti. Það sem við köllum stöðurafmagn er því algengast við slíkar aðstæður.

Hurðarhúnar úr málmi í tréhurðum eru gott dæmi um þetta. Húnninn er leiðandi þannig að rafhleðsla dreifist greiðlega um yfirborð hans en tréð er einangrandi þannig að hleðslan fer ekki greiðlega þá leiðina burt. Ef loftið í kring er hins vegar rakt afhleðst húnninn þá leiðina.

Annað kunnuglegt dæmi um þetta er fjölskyldubíllinn. Hann getur auðveldlega tekið á sig rafhleðslu með núningi við loftið, ekki síst ef hann er hreinn og nýbónaður og loftið er vel þurrt. Margir kannast líklega við að hafa fengið á sig rafhögg (“stuð”) frá bíl við slíkar aðstæður. Þetta rafhögg er í rauninni skyndilegur rafstraumur sem verður þegar hleðslan á bílnum eða svæðinu sem við snertum hleypur gegnum okkur og til jarðar.

Þar sem stöðurafmagn er í rauninni ekkert annað en rafhleðsla er það mælt með hleðslumælingu. Slíkt má gera með ýmsum tækjum og tólum nú á dögum en elsta tækið til þess er svokölluð rafsjá (electroscope). Hér er sýnt hvernig búa má til einfalda rafsjá úr sogrörum og öðrum einföldum hlutum úr daglegu lífi.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

Mynd:

Upphafleg spurning Katrínar var þessi:

Hvað er stöðurafmagn og hvernig er hægt að mæla það? Andrés spurði hins vegar: Hvernig myndast stöðurafmagn? Reynt verður að svara öllum þessum spurningum hér á eftir.
...