Når du skal pynte til fest, finnes det et gammelt triks som både fikser frisyren og veggpynten. Alt du trenger, er en oppblåst ballong som du gnir mot håret.

Med litt flaks vil håret snart stritte rett opp i luften, og ballongen vil feste seg til veggen eller taket.

To av våre lesere, Sidsel og Thea, har etter alt å dømme testet dette trikset. De har i hvert fall fundert over hvordan ballongen oppnår sine klebeevner.

«Hvorfor kan en ballong sitte fast på veggen etter at man har gnidd den i håret?» skriver Sidsel Böttcher i en e-post.

Professor Joachim Holbøll fra Danmarks Tekniske Universitet forklarer at to fysiske fenomener gjør at ballongen kan feste seg til veggen:

• Statisk elektrisitet (også kalt berøringselektrisitet)
• Elektrisk influens

Hvis du ikke vet hva det betyr, så fatt mot. Vi skal gjøre vårt beste for å forklare det.

Ballongen blir ladet

Vi begynner med den statiske elektrisiteten. Dette fenomenet kan oppstå når to ulike materialer gnis mot hverandre. Da får de muligheter til å avlevere elektriske ladninger til hverandre.

En elektrisk ladning er en fysisk egenskap som partikler kan ha – for eksempel har du antagelig hørt på skolen at:

Elektronet er en partikkel som har en negativ elektrisk ladning (minus), mens protonet er en partikkel som har en positiv elektrisk ladning (pluss).

– Når du gnir ballongen mot håret, blir det overført en ladning mellom overflatene. Ballongen blir negativt ladet og håret blir positivt ladet, forklarer Daniel Lacks, som er professor og kjemiingeniør ved Case Western Reserve University i USA.

Flere steder på internett kan man lese at ballongtrikset oppstår fordi håret avgir noen av elektronene til ballongen. Dermed vil det altså være de ekstra elektronene som ballongen får tildelt, som gjør ballongens overflate negativt ladet. Men ifølge Lacks er vi faktisk ikke helt sikre på om det er tilfellet:

– Overraskende nok vet forskerne fortsatt ikke nøyaktig hva som bærer ladningen som blir overført mellom håret og ballongen. Det kan være elektroner, ioner eller små fragmenter av materiale, sier han.

Ladninger er som magneter

Nå har ballongens overflate blitt negativt ladet. Men hvorfor henger den fast i taket eller på veggen?

Det henger blant annet sammen med at elektriske ladninger både kan tiltrekke og frastøte hverandre.

Det er litt som magneter, som har en nordpol og en sørpol. Hvis du har lekt med magnetene på et kjøleskap, har nok merket nordpolene til to magneter frastøter hverandre – og at det samme gjelder to sørpoler.

Men sørpol og nordpolen tiltrekkes av hverandre.

Samme prinsipp gjør seg gjeldende for elektriske ladninger: En ballong med en negativ ladning vil derfor bli tiltrukket av en overflate med en positiv ladning.

Ballongen henger fast

«Men veggen min er vel ikke positivt elektrisk ladet», tenker du kanskje. Så hvorfor blir ballongen tiltrukket av den?

Det er her fenomenet elektrisk influens kommer inn i bildet.

– Elektrisk influens innebærer at elektriske ladninger ett sted kan medføre en omfordeling av ladninger et annet sted. Det betyr at ladningene inne i et materiale blir flyttet rundt, forklarer Joachim Holbøll, som er professor ved Danmarks Tekniske Universitet.

Som eksempel kan du forestille deg at veggen står helt uberørt for seg selv. Veggen har en perfekt balanse mellom sine elektriske ladninger – på overflaten er det akkurat like mange positivt og negativt ladede partikler. Man sier at overflaten på veggen er nøytral – den er ikke elektrisk ladet.

– Men forestill deg nå hva som vil skje hvis fører ballongen mot veggen. Når den negativt ladede ballongen kommer tett på veggen, vil den frastøte de negative ladningene i veggen, og samtidig vil den tiltrekke de positive ladningene, forklarer Daniel Lacks.

Med andre ord sørger ballongen for at det skjer en liten omfordeling av ladningene i veggen. Og voila: Overflaten på veggen er litt positivt ladet.

– Det er derfor ballongen kan henge fast på veggen. Ballongen er negativt ladet og derfor blir den tiltrukket av overflaten på veggen, som er positivt ladet. Som magneter der de motsatte polene blir tiltrukket av hverandre, forklarer Joachim Holbøll.

I grafikken her kan du leke med elektriske ladninger: Klikk på ballongen og «gnikk» ballongen mot genseren – dermed blir ballongen negativt ladet. Når du fører ballongen til veggen, vil overflaten bli positivt ladet på grunn av elektrisk influens. (Grafikk: University of Colorado)

Ny ballongstudie

Den siste studien fra Daniel Lacks kan kanskje gi litt ekstra pondus til ballongtrikset. Studien tyder nemlig på at en ballong kan henge ekstra godt fast på veggen hvis det blir blåst mest mulig luft i den.

– Forskningen vår har vist at det spiller en rolle hvor mye en ballong blir strukket – altså når man blåser den opp. Vi viste at en ballong som er strukket ut, er mer tilbøyelig til å akseptere negative ladninger, sier Lacks.

Hårtypen din kan også ha noe å si for hvor godt ballongtrikset virker. Tørt hår kan for eksempel generere mer statisk elektrisitet enn fuktig hår.

– Det er mange faktorer som kan påvirke resultatet. For eksempel kan fint hår være bedre fordi det har en mer fullstendig kontakt med ballongen, forklarer Lacks.

Genser kan gi gnister

Statisk elektrisitet kjenner du antagelig også fra en rekke andre situasjoner i hverdagen. Statisk elektrisitet kan også oppstå når du trekker en genser over hodet.

Her oppstår den statiske elektrisiteten, ifølge Joachim Holbøll, fordi hår på hodet kommer i berøring med genseren – og dermed utveksler kroppen elektriske ladninger med genseren.

– Det er masse fibre i genseren og en masse hår som kommer i berøring. Når vi trekker genseren over hodet, blir spenningen høy nok, og det kan oppstå en elektrisk utladning. Det fører til gnister, som man kan høre og noen ganger også se når man trekker genseren over hodet, forklarer Holbøll.

Det er imidlertid ikke alle materialer som kan danne merkbar statisk elektrisitet. Ifølge Holbøll kan vi bare merke fenomenet når to ikke-ledende materialer berører hverandre.

Et ikke-ledende materiale kan ikke lede strøm, eller er i hvert fall veldig dårlig til det. Plast og gummi er for eksempel materialer som er veldig dårlige til å lede strøm, mens kobber, jern og mange andre metaller leder strøm godt.

Derfor gir dørhåndtaket støt

Årsaken til at statisk elektrisitet bare er merkbar i ikke-ledende materialer, er at ladningen rett og slett ikke kan slippe unna – den blir i stedet hopet opp i materialet. Hvis plast får tilført et overskudd av negativ ladning, blir den hengende, forklarer Holbøll.

– Hvis materialet derimot var kobber, ville ladningen forsvinne med en gang, forklarer Holbøll.

Det fører oss til et annet – og litt mer irriterende – eksempel på statisk elektrisitet: Nemlig når man tar på bildøren, oppvaskmaskinen, radiatoren eller dørhåndtaket og opplever et støt – noen ganger slår det til og med gnister.

Det skyldes ifølge Holbøll at du gnikket skoene dine mot gulvteppet. Det har hopet seg opp elektrisk ladning i kroppen din, forklarer han.

– Når man plutselig berører ved en ledende gjenstand av for eksempel metall, blir energien avgitt. Og det merker vi som et støt, forklarer Holbøll.

Derfor oppstår statisk elektrisitet

Er du typen som virkelig funderer dypt over ting, vil du kanskje spørre deg selv: Hvorfor blir det i det hele tatt overført ladninger mellom to ikke-ledende materialer når de kommer i berøring med hverandre?

Her handler det ifølge Joachim Holbøll om de helt grunnleggende egenskapene ved et materiale.

– Ethvert materiale vil ha et elektrisk potensial på overflaten. Det er en grunnleggende egenskap ved materialet, forklarer Holbøll.

Overflaten på håret ditt har altså et bestemt elektrisk potensial, og overflaten på en ballong vil ha et annet. Når håret berører ballongen, er det dermed to materialer med forskjellig elektrisk potensial som møtes.

–  Derfor vil de to overflatene straks utveksle elektriske ladninger for å jevne ut forskjellen, sier Holbøll.

Med andre ord liker ikke håret og ballongen å være forskjellige når de møtes. De vil være like – ha det samme elektriske potensialet – og derfor utveksler de elektriske ladninger.

Referanse:

A.E. Wang mfl: «Dependence of triboelectric charging behavior on material microstructure», Physical Review Materials, 2017, doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.1.035605 Sammendrag

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.