Hvorfor hænger en ballon fast i loftet, når man har gnubbet den mod håret?

Skal du pynte op til nytår, findes der et gammelt trick, som både klarer din frisure og pynten til væggen.

Alt, hvad du skal bruge, er en oppustet ballon, som du gnider mod håret.

Med lidt held vil dit hår snart efter stritte lige op i luften, og ballonen vil være klar til at sidde fast på et vindue, en væg eller i loftet.

Videnskab.dk’s læsere Sidsel og Thea har efter alt at dømme afprøvet ballontricket. De har i hvert fald funderet over, hvordan ballonen opnår sine klæbeevner.

»Hvorfor kan en ballon sidde fast på væggen, efter man har gnedet den i håret?« skriver Sidsel Böttcher i en e-mail til Spørg Videnskaben.

For at finde det helt rigtige svar på spørgsmålet har vi allieret os med erfaren dansk forsker og en amerikansk videnskabsmand, som har forsket i lige præcis i ballontricket.

\ Læs mere

Utrolig dansk opdagelse: Kæmpe elektrisk felt opstår spontant i lattergas

Disse fænomener er i spil

Professor Joachim Holbøll fra Danmarks Tekniske Universitet forklarer, at det grundlæggende skyldes to fysiske fænomener, når ballonen kan klæbe sig til væggen eller vinduet:

• Statisk elektricitet (også kaldet berøringselektricitet)
• Elektrisk influens

Hvis du ikke ved, hvad det betyder, så fat mod. Vi skal gøre vores bedste for at forklare det i løbet af artiklen.

Ballonen bliver ladet

Vi begynder med den statiske elektricitet. Dette fænomen kan opstå, når to forskellige materialer berører eller gnider sig mod hinanden. Når de to materialer berører hinanden, får de nemlig mulighed for at aflevere elektriske ladninger til hinanden.

En elektrisk ladning er en fysisk egenskab, som partikler kan have – for eksempel har du formentlig hørt i skolen, at:

• Elektronen, er en partikel, som har en negativ elektrisk ladning (minus), mens
• Protonen, er en partikel, som har en positiv elektrisk ladning (plus).

»Når du gnider ballonen mod dit hår, bliver der overført en ladning mellem overfladerne. Ballonen bliver negativt ladet og håret bliver positivt ladet,« forklarer Daniel Lacks, som er professor og kemiingeniør ved det amerikanske Case Western Reserve University.

Flere steder på internettet kan man læse, at ballontricket opstår, fordi vores hår afgiver nogle af sine elektroner til ballonen. Dermed vil det altså være de ekstra elektroner, som ballonen får tildelt, der gør ballonens overflade negativt ladet. Men ifølge Daniel Lacks er vi faktisk ikke helt sikre på, om det er tilfældet:

»Overraskende nok, ved forskerne stadig ikke præcist, hvad der bærer ladningen, som bliver overført mellem håret og ballonen. Det kan være elektroner, ioner eller små stykker materiale, som brækker af,« siger han til Videnskab.dk.

\ Læs mere

Forskere vil hente elektricitet fra luften

Ladninger er som magneter

Uanset hvad der bærer på den elektriske ladning, ved vi trods alt, at ballonens overflade er blevet negativt elektrisk ladet efter at være blevet gnubbet imod vores hår.

Men hvorfor kan den så hænge fast i loftet eller på væggen?

Det hænger blandt andet sammen med, at elektriske ladninger både kan tiltrække og frastøde hinanden.

Det svarer lidt til et kendt fænomen ved magneter, der som bekendt har en nord- og en sydpol. Hvis du har leget med magneterne på et køleskab, har du med garanti bemærket, at to magneters nordpoler frastøder hinanden – ligesom to sydpoler også frastøder hinanden.

Stikker du omvendt magnetens sydpol hen mod nordpolen, vil de to magneter blive tiltrukket af hinanden, endda så meget at de klæber sig til hinanden.

Samme princip gør sig gældende for elektriske ladninger: En ballon med en negativ elektrisk ladning vil derfor blive tiltrukket af en anden overflade med en positiv elektrisk ladning.

Ballonen hænger fast

’Men min væg er vel ikke positivt elektrisk ladet,’ tænker du måske. Så hvorfor bliver ballonen tiltrukket af væggen?

Det er her fænomenet elektrisk influens kommer ind i billedet.

»Elektrisk influens betyder, at elektriske ladninger ét sted kan medføre en omfordeling af ladninger et andet sted. Det betyder altså, at der bliver rykket rundt på ladningerne inden i et materiale,« forklarer Joachim Holbøll, som er professor ved Danmarks Tekniske Universitet.

Som eksempel kan du forestille dig, at din væg står helt uberørt for sig selv. Væggen har en perfekt balance mellem sine elektriske ladninger – på dens overflade er der præcis lige mange positivt og negativt ladede partikler. Man siger, at overfladen på væggen er neutral – den er ikke elektrisk ladet.

»Men forestil dig nu, hvad der vil ske, hvis vi bringer ballonen hen i nærheden af et objekt uden ladning såsom væggen. Væggen har balance i sine positive og negative ladninger. Men når den negativt ladede ballon kommer tæt på væggen, vil den frastøde de negative ladninger i væggen en lille smule, og samtidig vil den tiltrække de positive ladninger en smule,« forklarer Daniel Lacks.

Med andre ord sørger ballonen for, at der sker en lille omfordeling af ladningerne i væggen. Væggens positivt ladede partikler kommer dermed til at stikke snuden en smule mere frem end de negativt ladede partikler – og voila: Overfladen på din væg er blevet en smule positivt ladet.

»Det er derfor, ballonen kan hænge fast på væggen. Ballonen er negativt ladet og derfor bliver den tiltrukket af overfladen på væggen, som er positivt ladet. Ligesom magneter, hvor de modsatte poler bliver tiltrukket af hinanden,« forklarer Joachim Holbøll.I grafikken her kan du lege med elektriske ladninger: Klik på ballonen og 'gnub' ballonen mod trøjen - derved bliver ballonen negativt ladet. Når du fører den negativt ladede ballon hen til væggen, vil væggens yderside fremstå positivt ladet på grund af elektrisk influens. (Grafik: University of Colorado)

Nyt ballon-studie

Det seneste studie fra Daniel Lacks hånd kan måske give lidt ekstra pondus til ballontricket. Studiet indikerer nemlig, at en ballon kan hænge ekstra godt fast på væggen, hvis der bliver blæst mest muligt luft i den.

»Vores forskning har vist, at det spiller en rolle, hvor meget en ballon bliver strakt – altså når man puster den op – i forhold til, hvor meget statisk elektricitet der bliver genereret, når man gnubber ballonen. Vi viste, at en ballon, som er strakt ud, er mere tilbøjelig til at acceptere negative ladninger, end en ikke-udstrakt ballon,« siger Daniel Lacks.

Din hårtype kan også spille ind på, hvor godt ballontricket virker. Tørt hår kan for eksempel generere mere statisk elektricitet end fugtigt hår, lyder det.

»Der er mange forskellige faktorer, som kan påvirke, hvordan håret på forskellige mennesker bliver ladet, når man gnubber det med en ballon. For eksempel kan fint hår måske blive anderledes ladet end grovere hår, fordi det finere hår kan have en mere fuldstændig kontakt med ballonen,« forklarer Daniel Lacks.

Trøje kan give gnister

Statisk elektricitet kender du formentlig også fra en række andre situationer i hverdagen. Det kan eksempelvis også opstå, når du trækker en trøje henover hovedet.

Her opstår den statiske elektricitet ifølge Joachim Holbøll, fordi hår på hovedet kommer i berøring med trøjen – og dermed udveksler vores krop elektriske ladninger med trøjen.

»Der er en masse fibre i trøjen og en masse hår, som kommer i berøring. Når vi trækker trøjen af, bliver spændingen tilpas høj, og der kan opstå en elektrisk udladning. Det giver gnister, som man kan høre og nogle gange også se, når man trækker trøjen henover hovedet,« forklarer Joachim Holbøll.

Det er imidlertid ikke alle materialer, som kan danne mærkbar statisk elektricitet. Ifølge Joachim Holbøll kan vi kun mærke fænomenet, når to ikke-ledende materialer rører ved hinanden.

Et ikke-ledende materiale er et materiale, som ikke kan lede strøm, eller i hvert fald er dårligt til det. Plastik og gummi er for eksempel materialer, som er rigtig dårlige til at lede strøm, mens kobber, jern og mange andre metaller er gode til at lede strøm.

\ Læs mere

Nu bliver elektriciteten trådløs!

Derfor giver dørhåndtaget stød

Årsagen til, at statisk elektricitet kun er mærkbart i ikke-ledende materialer, er, at ladningen simpelthen ikke kan slippe væk – den bliver i stedet ophobet i materialet. Hvis et stykke plastik for eksempel får tilført et overskud af negativ ladning, bliver den negative ladning hængende, forklarer Joachim Holbøll.

»Ladningen bliver liggende i plastikket, fordi plastik er et dårligt ledende materiale. Hvis materialet derimod var kobber eller et andet godt ledende materiale, ville ladningen i stedet lynhurtigt forsvinde,« forklarer Joachim Holbøll og tilføjer:

»I kobber bliver ladningen ikke ophobet, ligesom den gør i plastik, men bliver ledt væk, for eksempel igennem den hånd, der holder metallet.«

Det fører os hen til et andet – og lidt mere træls – eksempel på statisk elektricitet: Nemlig, når man rører ved bildøren, opvaskemaskinen, radiatoren eller dørhåndtaget og oplever, at man får stød – eller måske ligefrem at det slår gnister.

Det vil ifølge Joachim Holbøll typisk skyldes, at du har gået og gnubbet dine gummisko mod gulvtæppet. Med andre ord har du gnubbet to ikke-ledende materialer mod hinanden, og med tiden har der kort fortalt ophobet sig elektriske ladninger i din krop via gummiskoene, forklarer Joachim Holbøll.

»Når man så pludselig rører ved en ledende genstand af for eksempel metal, bliver den ophobede energi lynhurtigt afladet. Og det mærker vi som et stød,« forklarer Joachim Holbøll.

Derfor opstår statisk elektricitet

Er du typen, der virkelig funderer dybt over tingene, vil du måske spørge dig selv: Hvorfor bliver der overhovedet overført ladninger mellem to ikke-ledende materialer, når de kommer i berøring med hinanden?

Her handler det ifølge Joachim Holbøll om de helt grundlæggende egenskaber ved et materiale.

»Ethvert materiale vil have et elektrisk potentiale på overfladen. Det er en grundlæggende egenskab ved materialet,« forklarer Joachim Holbøll.

Overfladen på dit hår har altså et bestemt elektrisk potentiale, og overfladen på en ballon vil have et andet elektrisk potentiale. Når håret rører ved ballonen, er det dermed to materialer med forskelligt elektrisk potentiale, som mødes.

»Man kan ikke et punkt have to forskellige elektriske potentiale samtidig. Derfor vil de to overflader straks udveksle elektriske ladninger med hinanden for at udjævne forskellen imellem sig,« forklarer Joachim Holbøll.

Med andre ord bryder håret og ballonen sig altså ikke om at være forskellige, når de mødes. De vil være ens – have det samme elektriske potentiale – og derfor udveksler de elektriske ladninger.

\ Læs mere

Grafen forvandler effektivt lys til elektricitet

Send os dit spørgsmål

Således skulle vores læsere Thea og Sidsel formentlig gerne være blevet klogere på, hvorfor balloner kan klæbe til lofter, vægge og vinduer.

Vi takker for det gode spørgsmål med en t-shirt. Samtidig skal der også lyde en stor tak til de to forskere – Joachim Holbøll og Daniel Lacks - for kyndig forklaring på ballontricket.

Og til jer andre læsere: Blive ved med at undre jer derude - og hvis i får brug for videnskabens hjælp, så send os endelig jeres spørgsmål på SV@Videnskab.dk