Statik elektrik baş belası ve hatta tehlike olabilir. Saçınızın ayakta durmasını sağlayan enerji, elektronik cihazlara da zarar verebilir ve patlamalara neden olabilir. Bununla birlikte, uygun şekilde kontrol edilip manipüle edildiğinde, aynı zamanda modern yaşam için muazzam bir nimet olabilir.
Fizik profesörü olan Michael Richmond’a göre; bir maddenin temel özelliklerinde biri elektrik yükü olmasıdır. Evrendeki hemen emen tüm elektrik yükleri elektronlar ve protonlarca taşınır. Protonların +1 elektron birimi yüküne sahip olduğu söylenirken, elektronların yükünün -1 olduğu söylenir, ancak bu işaretler tamamen gelişigüzeldir. Protonlar genellikle atomların içine gömülü olan atom çekirdekleriyle sınırlı olduklarından, elektronlar kadar hareket etmekte özgür değillerdir. Bu nedenle, elektrik akımından bahsedildiğinde, neredeyse her zaman elektron akışı kastedilir ve statik elektrikten bahsettiğinde, genellikle nesnelerdeki negatif ve pozitif yükler arasındaki dengesizlik kastedilir.
Statik Yük Oluşumunun Nedenleri
Statik yük oluşumunun en bilinen sebebi, katı malzemeler arasında olan temastır. Hawaii Üniversitesi’ne göre, statik elektrik oluşturmak için iki nesne birbirine sürtündüğünde, bir nesne elektronları bırakır ve daha pozitif yüklü hale gelirken, diğer malzeme elektronları toplar ve daha negatif yüklü hale gelir. Bunun nedeni, bir malzemenin zayıf bir şekilde bağlı elektronlara sahip olması ve diğerinin dış elektron kabuklarında birçok boşluğun bulunmasıdır. Bu nedenle elektronlar, malzemeler ayrıldıktan sonra bir yük dengesizliği yaratarak birinciden ikincisine hareket edebilir. Northwestern Üniversitesi’ne göre, bu şekilde elektron kaybedebilen veya kazanabilen malzemelere triboelektrik denir. Bunun yaygın bir örneği, özellikle havayı daha az iletken hale getiren ve etkiyi artıran düşük nemde ayaklarınızı halıda karıştırmaktır.
Benzer yükler birbirini ittiği için, birbirlerinden uzaklaşmak için yüklü nesnenin uç noktalarına göç etme eğilimindedirler. Kongre Kütüphanesi’ne göre, vücudunuz statik bir yük aldığında saçınızın dik durmasına neden olan şey budur. Daha sonra bir ışık anahtarı plakasındaki vida gibi topraklanmış bir metal parçasına dokunduğunuzda, bu vücudunuzda biriken yük için bir topraklama yolu sağlar. Bu ani deşarj, parmağınızla vida arasındaki havada gözle görülür ve duyulabilir bir kıvılcım oluşturur. Bunun nedeni, vücudunuz ile toprak arasındaki 25.000 volta kadar çıkabilen yüksek potansiyel farktır.
Statik Yük Oluşumunun Tehlikeleri
İş Güvenliği ve Sağlık İdaresi’ne (OSHA) göre, statik yük acı verici bir şoka neden olmanın yanı sıra, bu ani yüksek voltaj deşarjları yanıcı maddeler için bir tutuşma kaynağı sağlayabilir. Statik şok, hassas elektronik cihazlara da zarar verebilir. NASA’ya göre , parmaktan gelen basit bir kıvılcım hassas bileşenlere zarar verebilir ve onları kullanılamaz hale getirebilir, bu nedenle, vücudunuzdaki statik yükü sürekli olarak dağıtmak için devre kartlarını iletken plastik torbalarda tutmak ve topraklama kayışları takmak gibi önlemler alınmalıdır.
Başka bir statik yük kaynağı, sıvıların bir boru veya hortum boyunca hareketidir. Bu sıvı benzin gibi yanıcı ise, ani bir boşalmadan kaynaklanan kıvılcım yangına veya patlamaya neden olabilir. Sıvı yakıtlarla çalışan kişiler, şarj oluşumunu ve ani deşarjı önlemek için büyük özen göstermelidir. Missouri Southern Eyalet Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Daniel Marsh, bir röportajda, arabaya benzin koyarken, arabanın üzerinden geçerek oluşabilecek herhangi bir yükü dağıtmak için her zaman arabanın metal bir kısmına dokunmamak gerektiği konusunda uyarıda bulunmuştur. Ayrıca çim biçme makinesi için gaz satın alırken her zaman gaz deposu çim biçme aracından çıkarmalı ve doldururken yere konmalıdır. Bu, statik yükü sürekli olarak dağıtır ve bir kıvılcım oluşturacak kadar birikmesini engeller.
Büyük çiftliklerde bulunan tanklar ise daha da büyük bir yangın ve patlama tehlikesi ortaya çıkarmaktadır, bu nedenle Ulusal Nakliye ve Güvenlik Kurulu (NTSB) statik oluşumu en aza indirmeyi, yük birikimini önlemeyi, kıvılcım boşalmasını önlemeyi ve tankın içindeki ortamı kontrol etmeyi içeren yönergeler yayınlamıştır.
Hareketli gaz ve buhar da statik yük oluşturabilir. Bunun en bilinen durumu yıldırımdır. All About Lightning (Dover, 1987) kitabının yazarı Martin A. Uman’a göre Benjamin Franklin, oğluyla beraber fırtınalı bir günde uçurtma uçurdukları zaman yıldırımın statik elektrik ürettiğini ispatlanmışlardır. Uçurtma ipine bir anahtar bağladılar ve ıslak ip, buluttan anahtara dokunduğunda kıvılcımlar saçan anahtara yüklendi (Efsanenin bazı versiyonlarının aksine uçurtmaya yıldırım düşmedi. Olsaydı sonuçlar felaket olabilirdi.)
Franklin aslında elektrik hakkındaki düşünceleri şekillendirmiştir ve 1742’de elektrikle ilgilenmeye başlamıştır. O zamana kadar çoğu insan elektrik etkilerinin iki farklı elektrik sıvısının karıştırılmasının sonucu olduğunu düşünmektedir. Ancak Franklin, yalnızca tek bir elektrik sıvısı olduğuna ve nesnelerin bu sıvıda fazlalık veya eksikliğe sahip olabileceğine ikna olmuştur. Arizona Üniversitesi’ne göre, bir fazlalık veya eksikliğe atıfta bulunarak pozitif ve negatif terimlerini bulmuştur. Bugün sıvının aslında elektron olduğunu bilinmektedir
Jet Propulsion Labatuvarına göre, bulutlar bastırıcılar elektronların soğuk buz kristalleri alışverişi süzülürler nedeniyle ılık su damlacıkları statik yük bölgeleri geliştirmektedir. NASA’ya göre, bu atmosferik yükler ile yer arasındaki potansiyel 300.000 voltu aşabilir, bu nedenle yıldırım çarpmasının sonuçları ölümcül olabilir. Bir yıldırım çarpmasında akım, özellikle ilk temas noktasında ciddi yanıklara neden olabilen harici flashover adı verilen bir süreçte vücut yüzeyinin üzerinde hareket etme eğilimindedir. Ulusal Hava Durumu Servisi’ne göre, akımın bir kısmı vücutta dolaşabilir ve sinir sistemine zarar verebilir. Ek olarak, patlamadan kaynaklanan sarsıntı travmatik iç yaralanmalara ve kalıcı işitme kaybına neden olabilir ve parlak flaş, geçici veya kalıcı görme hasarına neden olabilir. Şimşek çarpmasıyla açığa çıkan muazzam enerjiye bir örnek olarak Marsh, Live Science’a yıldırım çarpmasıyla açığa çıkan yüksek basınçlı buharla büyük bir meşe ağacı ortadan ikiye bölünebilir.
Bu yüzden eğer gök gürültüsü duyulursa, Florida Üniversitesi’ne göre, genel olarak zaten çok yakın bir mesafedesiniz demektir. Bir fırtına yaklaştığında kişi dışardaysa hemen bir bina veya araca sığınmalı ve herhangi bir metale dokunmaktan kaçınmalıdır. Eğer içeri girme şansı yoksa ağaçlar, kuleler veya tepe noktası olan yüksek olan uzun nesnelerden uzaklaşılmalı, çömelmeli ve mümkünse ayakların yere olan teması azaltılmalıdır.
Statik Elektrik Uygulamaları
Statik yapışma veya statik şok durumunda olduğu gibi statik elektrik bir sıkıntı veya hatta tehlike oluşturabilirken, diğer durumlarda oldukça faydalı olabilir. Örneğin, statik yükler elektrik akımıyla indüklenebilir. Bunun bir örneği, bir yayın mekanik enerjiyi nasıl depoladığına benzer şekilde, elektrik yükünü depolama kapasitesine sahip olduğu için adlandırılan bir kapasitördür. Kapasitöre uygulanan voltaj plakalar arasında yük farkı yaratır. Kondansatör şarj edilirse ve voltaj kapatılırsa, şarjı bir süre tutabilir. Bu, süper kapasitörlerde olduğu gibi faydalı olabilir, bazı uygulamalarda şarj edilebilir pillerin yerini alabilir, ancak tehlikeli de olabilir. Eski CRT bilgisayar monitörleri ve televizyon setleri gibi elektronik ekipman, 25.000 volta kadar şarjı tutabilen ve cihaz birkaç gün kapalı kaldıktan sonra bile yaralanmaya veya ölüme neden olabilecek büyük kapasitörler içerir.
Faydalı bir statik yük oluşturmanın bir başka yolu da mekanik zorlamadır. Olarak piezoelektrik malzeme elektronlar anlamıyla yerine sıkılarak ve gerginlik altında bölgesinden hareket etmek zorunda olabilir. Ortaya çıkan şarj dengesizliği nedeniyle voltaj daha sonra iş yapmak için kullanılabilir. Bir uygulama, düşük güçlü cihazların çevresel titreşimler tarafından üretilen enerjiyle çalışabildiği enerji hasadıdır.
Diğer bir uygulama ise kristal mikrofonlar içindir. Havadaki ses dalgaları, ses dalgalarını elektrik sinyaline dönüştüren bir piezo elektrik elemana bağlı bir diyaframı saptırabilir. Ters işlemde, elektrik sinyali, bir hoparlördeki bir piezo elektrik güç çeviricinin hareket etmesine ve böylece sesi yeniden üretmesine neden olabilir.
Lokalize statik yükler de yoğun bir ışıktan etkilenebilir. Fotokopi makineleri ve lazer yazıcıların arkasındaki ilke budur. Fotokopi makinelerinde ışık, bir kâğıt yaprağının yansıtılan bir görüntüsünden gelir. Lazer yazıcılarda, görüntü, bir tarama lazer ışınıyla tambur üzerinde izlenir. Tamburun tamamı, başlangıçta St.Elmo’nun yangına neden olan aynı prensibi kullanarak, havadan serbest elektron veren bir koronal deşarj teli ile şarj edilir . Teldeki elektronlar daha sonra pozitif yüklü bir tambura çekilir. Daha sonra foto iletken tambura bir görüntü yansıtılır ve görüntünün karanlık alanları yüklü kalırken, ışıklı alanlardan yük dağıtılır. Tambur üzerindeki yüklü alanlar daha sonra ters yüklü toner parçacıklarını çekebilir ve bunlar daha sonra pozitif yüklü bir silindir tarafından desteklenen kağıt üzerine yuvarlanır ve elektrikli bir ısıtma elemanıyla yerine kaynaştırılır.
Marsh, kömürle çalışan elektrik santrallerinin bacalardan partikül toplamak için elektrostatik çökelticiler kullandığını, böylece bunların havaya boşaltılmak yerine katı atık olarak bertaraf edilebileceğini belirtmiştir. Başka bir uygulamada, ince bir sis içinde yabani otlara püskürtülen herbisitlere statik yükün nasıl uygulandığını anlatmıştır. Yüklü damlacıklar, istenmeyen bitkilerin yapraklarına çekilir ve üzerine eşit olarak dağıtılır, böylelikle yere düşüp ziyan olmaz. Aynı prensip elektrostatik sprey boyama için de kullanılır, böylece hedefe daha fazla boya, havada ve boya odasının duvarlarında ve zemininde daha az boya gider.
Kaynakça:
https://www.loc.gov/everyday-mysteries/item/how-does-static-electricity-work/
https://engineering-facility.com/2020/01/20/static-electricity/
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu