Elettricità statica: perché si prende la scossa toccando oggetti?

Maniglie delle porte, rubinetti, scivoli da parco giochi, animali pelosi… Essere colpiti dall’elettricità statica è un’esperienza comune. Ma la fisica che causa la scintilla è sorprendentemente intricata.

Se si subiscono spesso scariche elettrostatiche, conoscere le cause delle scariche elettrostatiche può aiutare a evitarne almeno alcune.

Cos’è l’elettricità statica ?

Per comprendere l’elettricità statica, dobbiamo osservare l’interno degli elementi costitutivi della materia: gli atomi.

Ogni atomo ha un nucleo pesante al centro e diversi elettroni che orbitano attorno a questo nucleo. Il nucleo stesso contiene particelle subatomiche chiamate protoni e neutroni.

Tutte le particelle subatomiche hanno proprietà fisiche intrinseche, come massa, spin e carica. La carica è ciò che entra in gioco quando parliamo di shock statici. È positiva o negativa. Ogni elettrone ha una carica negativa (-1), mentre ogni protone ha una carica positiva (+1).

In condizioni normali, il numero di elettroni e protoni in un atomo è uguale. Ciò rende la carica elettrica totale dell’atomo neutra.

Ma le particelle cariche esercitano una forza l’una sull’altra, nota come forza elettrostatica. Le cariche opposte (positive e negative) si attraggono, mentre le cariche dello stesso tipo si respingono.

All’interno di un atomo, la forza elettrostatica è ciò che mantiene gli elettroni in orbita attorno al nucleo. Quelli più lontani dal nucleo a volte possono scappare, lasciando l’atomo carico positivamente (più protoni che elettroni). Al contrario, altri atomi possono attrarre un elettrone e diventare carichi negativamente (più elettroni che protoni).

Questo squilibrio è ciò che conosciamo come elettricità statica.

Dalla carica alla scarica

Ora esaminiamo due superfici con una differenza di carica statica. Supponiamo che la tua mano abbia accumulato una carica negativa raccogliendo elettroni in eccesso. Quando ti avvicini a un oggetto metallico, gli elettroni saltano attraverso lo spazio, formando una piccola e breve corrente elettrica.

Questa corrente è ciò che si conosce come scarica elettrostatica: gli elettroni da un oggetto carico negativamente saltano verso un oggetto carico positivamente, se sono sufficientemente vicini. La scarica è ciò che percepisci come una piccola scossa da elettricità statica.

Ma perché gli elettroni si accumulano su certi oggetti, come le nostre mani o il pelo di un gatto?

La risposta risiede in un’altra forza fisica: l’attrito.

A livello microscopico, anche le superfici più lisce non sono perfettamente lisce, ma piuttosto ruvide e irregolari. Quando due superfici scorrono l’una sull’altra, tutte queste irregolarità causano attrito poiché si “agganciano” tra loro.

In certi materiali (ad esempio, il rame), una piccola quantità di energia è sufficiente per far sì che gli elettroni si stacchino dai loro atomi. Questa energia può essere fornita da forze come l’attrito.

Allora perché la maniglia della porta mi ha dato una scossa?

L’ultimo concetto da tenere a mente riguarda la capacità dei materiali di far viaggiare l’elettricità attraverso di essi (conduttori) o di bloccarla (isolanti).

Il corpo umano è un eccellente conduttore di elettricità. È sufficiente un accumulo di elettroni sulla pelle, dovuto all’attrito, e il prossimo oggetto adatto che tocchi causerà una scarica elettrostatica.

Un esempio tipico è quando indossi scarpe di gomma e cammini su un tappeto. L’attrito tra i due materiali fa sì che alcuni degli elettroni sulla superficie del tappeto si trasferiscano alla gomma. Poiché la gomma è un isolante, la carica statica aggiuntiva si distribuisce sul tuo corpo. La prossima volta che tocchi un conduttore – ad esempio un oggetto metallico – ricevi una scossa statica.

Puoi sperimentare lo stesso effetto quando ti togli un maglione o ti spazzoli i capelli. Anche alcuni cani e gatti possono accumulare cariche statiche nel loro pelo, e sia tu che il tuo animale domestico potreste prendere una piccola scossa quando provi a carezzarli.

Cosa posso fare per prevenire le scosse elettrostatiche?

Diversi fattori contribuiscono alla frequenza e all’intensità delle scosse elettrostatiche, tra cui la sensibilità, le dimensioni del corpo, il materiale degli indumenti, la temperatura e l’umidità dell’aria.

Alcune persone sono più sensibili alle scosse statiche rispetto ad altre – semplicemente le percepiscono di più. Inoltre, un corpo più grande richiede una carica maggiore, quindi le persone più piccole potrebbero essere più spesso soggette a scosse, a seconda dei vestiti, dell’ambiente, delle superfici che toccano o su cui camminano.

L’aria fredda e secca aumenta la probabilità di scosse statiche. Questo perché l’aria secca e fredda è un conduttore migliore rispetto all’aria calda e umida.

Anche se le scosse statiche non sono piacevoli, di solito non sono pericolose. Tuttavia, possono essere fastidiose e persino danneggiare dispositivi elettronici sensibili. Una scintilla di elettricità statica può anche innescare gas infiammabili, rappresentando quindi un rischio in settori come il trasporto di petrolio e gas.

Le persone che hanno bisogno di evitare l’elettricità statica sul lavoro, ad esempio durante le riparazioni dei computer, potrebbero persino indossare delle fasce antistatiche da polso o da vita. Si tratta di una striscia di materiale conduttivo collegata a un filo a un’estremità, mentre l’altra estremità del filo è collegata a una gamba del tavolo o a qualcos’altro che trasferisce gli elettroni extra a terra.

Ecco alcuni consigli pratici per ridurre le scosse elettrostatiche:

• Usa un umidificatore per aumentare l’umidità dell’aria in casa.
• Mantieni la pelle idratata per ridurre l’attrito tra il corpo e i vestiti.
• Fai attenzione al tipo di suola delle tue scarpe: il materiale delle suole ha un ruolo significativo nell’accumulo di carica statica. Le suole fatte di materiali isolanti come la gomma sono peggiori rispetto, per esempio, al cuoio.
• Porta in tasca un piccolo oggetto di metallo, come una moneta o una chiave, e usalo per toccare superfici metalliche e scaricare gli elettroni in modo controllato, evitando di essere colpito da una scossa.