Tĩnh điện giật tay khi chạm cửa, xuống xe: vì sao mùa hanh khô hay bị

Bị giật tê tay khi chạm tay nắm cửa hay bước xuống xe là do cơ thể bạn đã tích sẵn vài nghìn vôn tĩnh điện, và khoảnh khắc ngón tay đến gần kim loại, lượng điện ấy phóng qua một tia lửa nhỏ xíu. Hiện tượng này dày đặc vào mùa hanh khô vì không khí khô gần như không lấy bớt điện tích đi. Điện áp cao nhưng dòng điện cực ngắn và năng lượng rất nhỏ, nên nó làm giật mình chứ không gây hại cho người khoẻ mạnh.

Gặp nó ở đâu, lúc nào

Người miền Bắc quen với cái "tách" ở đầu ngón tay từ khoảng tháng 11 đến tháng 1, khi gió mùa đông bắc mang không khí khô xuống đồng bằng Bắc Bộ, độ ẩm có ngày xuống dưới 50%. Ở Tây Nguyên và Nam Bộ mùa khô, trên cao nguyên, hoặc trong văn phòng bật điều hoà suốt ngày cũng gặp. Những cảnh quen nhất:

• Đi dép đế cao su trên thảm hoặc sàn nhựa rồi chạm tay nắm cửa kim loại.
• Ngồi xe ô tô một quãng, trượt người khỏi ghế, đặt chân xuống đất rồi chạm vào cửa xe.
• Cởi áo len, áo nỉ trong phòng tối: nghe lách tách và thấy chớp xanh li ti.
• Chải tóc khô bằng lược nhựa: tóc dựng lên, bay theo lược.
• Bắt tay hoặc chạm vào má người khác, cả hai cùng giật mình.

Ba cảnh cuối thực ra là cùng một hiện tượng với cái giật ở tay nắm cửa. Bài này gộp hết vào một chỗ.

Điện tích sinh ra từ đâu

Mọi vật đều chứa vô số điện tích dương (hạt nhân) và âm (electron) cân bằng nhau. Khi hai vật khác chất áp sát rồi tách ra, một ít electron ở lớp ngoài cùng bị kéo từ vật này sang vật kia. Vật nhận thêm electron thành âm, vật mất electron thành dương. Đây gọi là nhiễm điện do tiếp xúc – cọ xát (hiệu ứng ma sát điện). Cọ xát không "tạo" ra điện, nó chỉ làm cho hai mặt tiếp xúc với nhau nhiều điểm hơn, nhiều lần hơn.

Chất nào dễ cho electron, chất nào dễ nhận, người ta xếp thành dãy ma sát điện. Thứ tự cụ thể thay đổi theo tài liệu và điều kiện đo, nhưng xu hướng chung khá ổn định:

Hai vật càng nằm xa nhau trong dãy thì cọ vào nhau càng tích nhiều điện. Vì vậy áo len cọ áo lót polyester, tóc cọ lược nhựa, quần cọ ghế bọc vải tổng hợp là những cặp "đắc địa". Áo cotton cọ áo cotton thì gần như không sao.

Vì sao mùa khô mới hay bị

Điện tích sinh ra quanh năm. Điều khác nhau là nó có ở lại trên người hay không. Khi không khí ẩm, các bề mặt (da, vải, sàn) phủ một lớp nước mỏng vô hình hút từ không khí. Lớp nước ấy hơi dẫn điện, nên điện tích vừa sinh ra đã rò dần xuống đất, không kịp dồn lên cao. Không khí khô thì lớp nước ấy gần như mất, bề mặt thành chất cách điện tốt, điện tích cứ thế dồn lại sau mỗi bước chân.

Đế giày cao su, thảm, sàn nhựa vinyl cũng là chất cách điện, chặn đường cho điện tích về đất. Người đi chân đất trên nền gạch ẩm hầu như không bao giờ bị giật.

Cơ thể bạn lên tới bao nhiêu vôn

Cơ thể người giống một tụ điện nhỏ: một "bản" là thân mình, bản kia là mặt đất, ở giữa là đế giày. Các phép đo trong điều kiện khô thường cho thấy đi trên thảm có thể đưa người lên vài nghìn vôn, trường hợp thuận lợi còn cao hơn chục nghìn vôn. Đây là mức người ta hay nêu một cách gần đúng:

Nghe thì đáng sợ, nhưng điện áp chỉ là một nửa câu chuyện. Lượng điện tích trên người rất ít, nên năng lượng của một lần phóng chỉ cỡ phần nghìn jun, và dòng điện chỉ chạy trong khoảng chưa tới một phần triệu giây. So với điện lưới 220 V, thứ đáng sợ vì nó cấp dòng liên tục, tia tĩnh điện chỉ là một cú chích.

Vì sao lại là đầu ngón tay

Điện tích không phóng được qua không khí khi còn xa, vì không khí là chất cách điện. Khi ngón tay tiến gần kim loại, khoảng hở chỉ còn vài milimét, điện trường giữa hai bên đủ mạnh để xé các phân tử khí thành ion, mở ra một đường dẫn tạm thời. Toàn bộ điện tích dồn qua một chấm nhỏ trên da, chỗ có rất nhiều đầu dây thần kinh, nên cảm giác nhói tập trung. Nếu bạn cầm chìa khoá chạm vào cửa trước, tia lửa nhảy giữa chìa và cửa, còn dòng qua tay bạn trải ra cả lòng bàn tay, gần như không thấy gì.

Ba cảnh quen: xuống xe, cởi áo len, tóc dựng

Bước xuống xe ô tô

Khi ngồi, quần áo dính sát ghế. Khi trượt người ra, quần áo và ghế tách nhau, điện tích bị chia: người mang một dấu, ghế mang dấu kia. Lúc còn ngồi thì hai dấu điện tích ở sát nhau nên điện áp thấp; tách ra khỏi ghế, đứng dậy, điện áp trên người vọt lên. Lốp cao su cách điện thân xe với mặt đường, đế giày cách điện bạn với mặt đất. Khi tay chạm cửa, điện tích tìm đường qua thân xe để cân bằng.

Mẹo đơn giản: trước khi đứng dậy, đặt tay lên phần kim loại của khung cửa và giữ nguyên tay ở đó trong lúc bước ra. Điện tích chảy dần qua lòng bàn tay trong lúc nó sinh ra, không dồn lại thành một cú.

Áo len lách tách và tóc dựng đứng

Khi kéo áo len qua đầu, len cọ vào lớp áo bên trong và vào tóc trên một diện rộng. Hàng trăm tia phóng điện cực nhỏ xảy ra giữa các sợi vải, mỗi tia phát ra một tiếng tách và một chớp sáng màu xanh tím, cùng loại ánh sáng với tia sét nhưng nhỏ hơn hàng tỷ lần. Màu xanh tím ấy chủ yếu đến từ phân tử nitơ trong không khí bị kích thích.

Tóc dựng đứng vì mỗi sợi tóc mang cùng một dấu điện tích, và các điện tích cùng dấu đẩy nhau. Sợi tóc nhẹ nên lực đẩy nhỏ cũng đủ làm chúng xoè ra, cố gắng đứng xa nhau nhất có thể. Hiện tượng bóng bay cọ vào tóc rồi dính lên tường cũng cùng cơ chế, chỉ là ở đó điện tích hút một vật trung hoà.

Hiểu lầm thường gặp

• "Người hay bị giật là người có điện trong người." Không có chuyện đó. Người bị nhiều thường chỉ vì hay đi giày đế cao su, mặc đồ tổng hợp, da khô hoặc ngồi lâu trên ghế bọc nỉ.
• "Kim loại tự sinh ra điện giật mình." Ngược lại: điện tích nằm trên người bạn, tay nắm cửa chỉ là đường xả.
• "Tĩnh điện giật vô hại tuyệt đối." Với người thì gần như vô hại. Nhưng ở cây xăng, tia tĩnh điện có thể châm hơi xăng; với linh kiện điện tử như RAM, bo mạch, nó có thể làm hỏng mà không có tia lửa nào. Vì thế cây xăng dặn không quay lại xe giữa chừng khi đang bơm, và kỹ thuật viên đeo vòng tiếp đất.
• "Đeo vòng chống tĩnh điện bán ngoài chợ là hết." Vòng không có dây nối đất thì không có đường cho điện tích đi đâu cả.

Giảm bị giật trong mùa hanh

• Thoa kem dưỡng ẩm cho tay: da ẩm dẫn điện hơn, điện tích rò bớt.
• Ưu tiên quần áo cotton, đế giày da hoặc vải; bớt đồ len lót polyester.
• Chạm tay nắm cửa bằng chìa khoá, đồng xu, hoặc chạm trước bằng mu bàn tay, khuỷu tay (ít dây thần kinh hơn đầu ngón).
• Trong phòng điều hoà lâu ngày, một chậu nước, một máy tạo ẩm hoặc phơi khăn ẩm cũng giúp.
• Ở cây xăng: chạm vào thân xe kim loại trước khi cầm vòi, và đứng yên bên xe trong lúc bơm.

Tự quan sát / tự thử an toàn

Mọi thí nghiệm dưới đây chỉ cần đồ trong nhà và chỉ dùng tĩnh điện, không đụng tới ổ cắm điện.

1. Nhìn tia lửa: tối hôm hanh khô, tắt đèn, đứng trước gương chờ mắt quen bóng tối chừng 5 phút. Kéo chiếc áo len qua đầu thật chậm. Bạn sẽ thấy những chớp xanh như sao li ti.
2. Đo bằng mắt: chải tóc khô bằng lược nhựa 10–15 lần, rồi đưa lược lại gần những mẩu giấy vụn cỡ hạt gạo. Giấy nhảy lên bám vào lược. Thử lại hôm trời nồm ẩm, giấy hầu như không nhúc nhích. Đó là bằng chứng trực tiếp rằng độ ẩm làm điện tích rò mất.
3. Bẻ cong dòng nước: mở vòi cho chảy một dòng nhỏ, đưa lược vừa chải lại gần (không chạm). Dòng nước cong về phía lược.
4. Dùng đèn huỳnh quang cũ: nếu nhà còn bóng đèn tuýp hỏng đã tháo ra, sau khi đi trên thảm bằng dép cao su, chạm một đầu bóng trong phòng tối, đôi khi thấy loé sáng mờ. Cẩn thận vì bóng thuỷ tinh dễ vỡ; người lớn cầm.

Không thử "thi xem ai giật mạnh hơn" với người có máy tạo nhịp tim hay thiết bị y tế cấy ghép, và không làm gần cây xăng, bình ga.