İnsanlarda Statik Elektrik ve Ani Elektrik Çarpması

İnsanların kapı koluna, arabaya ya da metal bir yüzeye dokunduğunda aniden küçük bir elektrik çarpması hissetmesi oldukça yaygın bir durumdur ve günlük hayatta birçok kişi bunu zaman zaman deneyimler. Günümüzde bu olay özellikle sosyal medya ve internet ortamında sıkça konuşulmakta, bazı kişiler bunun nedenini merak etmekte hatta zaman zaman gizemli bir durum gibi yorumlayabilmektedir. Oysa bu olayın arkasında oldukça temel bir fizik mekanizması bulunmaktadır ve temel nedeni statik elektrik birikimidir. Elektriklenme olayı genellikle farklı yüzeylerin birbirine temas edip sürtünmesiyle başlar ve bu süreçte bazı elektronlar bir maddeden diğerine geçerek yük dengesi bozulur; bu mekanizma fizikte Triboelectric Effect yani sürtünme ile elektriklenme olarak bilinir. Örneğin halı üzerinde yürüyen bir kişinin ayakkabı tabanı ile zemin arasında oluşan sürtünme sonucunda insan vücudunda elektrik yükü birikmeye başlayabilir ve bu yük çoğu zaman fark edilmeden vücut üzerinde kalır. Basit bir örnek vermek gerekirse, balonun saçınıza sürtünmesiyle saçın balona yapışması da aynı elektriklenme mekanizmasının sonucudur. Yapılan ölçümlerde özellikle kuru ortamlarda yürüyen bir insanın vücudunda yaklaşık 2000 ile 10000 volt arasında statik elektrik potansiyeli oluşabildiği görülmüştür; bu değer yüksek görünse de taşınan enerji genellikle birkaç milijoule seviyesinde olduğu için çoğu zaman yalnızca kısa süreli bir batma hissi yaratır. Elektrik çarpmasının hissedildiği an ise vücutta biriken yükün aniden karşı ortama aktarılmasıdır; kişi metal bir kapı koluna veya iletken bir yüzeye dokunduğunda yük hızla karşı tarafa iletilir ve bu hızlı yük aktarımı fizikte Electrostatic Discharge olarak adlandırılır. Yük aktarımı sırasında çok küçük bir kıvılcım oluşabilir ve sinir uçları bu ani enerji hareketini elektrik çarpması gibi algılar. Statik elektriğin oluşmasında çevresel faktörler de önemli rol oynar; özellikle nem oranı %30’un altına düştüğünde elektrik yüklerinin dağılması zorlaşır ve elektriklenme daha sık görülür, buna karşılık ortam nemi %50 civarında olduğunda havadaki su molekülleri elektrik yüklerinin yayılmasını kolaylaştırır ve statik elektrik etkisi azalır. Statik elektrik yalnızca insanlarda görülen bir durum da değildir; hayvanlarda özellikle kürk ve tüy yapısı nedeniyle benzer elektriklenmeler oluşabilir, örneğin kuru havalarda bir kediyi okşadığınızda tüylerin kabarması veya küçük kıvılcımlar oluşması bunun bir sonucudur. Bitkilerde ise doğrudan çarpılma hissi oluşmasa da yüzeylerinde elektrik yükleri birikebilir ve bazı araştırmalar bitkilerin elektrik alanlarının polen taşınmasını etkileyebildiğini göstermektedir; hatta bazı çalışmalar arıların çiçekleri bulurken yalnızca renk ve koku değil aynı zamanda elektrik alanlarını da algılayabildiğini ortaya koymuştur. Statik elektriği azaltmanın en etkili yollarından biri yükün topraklanmasını sağlamaktır; insan vücudu doğrudan toprağa temas ettiğinde veya toprakla bağlantılı bir yüzeye dokunduğunda elektrik yükleri hızla toprağa aktarılır, bu nedenle çıplak ayakla toprak veya çim üzerinde yürümek statik elektrik birikimini azaltabilir. Bunun yanında ortam nemini artırmak, sentetik kıyafetler yerine pamuk gibi doğal kumaşlar tercih etmek ve metal yüzeylere doğrudan dokunmadan önce anahtar gibi küçük bir iletkenle temas etmek de elektrik aktarımını daha kontrollü hâle getirebilir. Bu noktada benim görüşüm ise insanların günlük hayatta karşılaştığı birçok küçük olayın aslında oldukça temel fizik kurallarıyla açıklanabileceğidir; çoğu zaman basit görünen bu olayların arkasında atom seviyesinde gerçekleşen karmaşık ama düzenli bir doğa dengesi bulunur. Statik elektrik çoğu zaman zararsızdır ancak aynı fiziksel prensip doğada çok daha büyük ölçekte gerçekleştiğinde çok güçlü elektrik olayları ortaya çıkabilir; örneğin bulutlar arasında oluşan dev elektrik olayları olan Lightning yani yıldırım da temelde bir statik elektrik olayıdır. Sonuç olarak insan vücudunda sürtünme ile oluşan elektrik yükleri uygun bir iletken veya topraklama yolu bulduğunda potansiyel fark nedeniyle çok kısa sürede karşı ortama iletilir ve bu elektrostatik yük aktarımı genellikle mikro saniyeler ölçeğinde gerçekleşir; yüksek voltaj değerlerine rağmen oluşan akım oldukça düşük olduğu için bu süreç çoğu zaman yalnızca kısa süreli bir elektriksel uyarı şeklinde hissedilir ve fiziksel olarak ciddi bir zarar oluşturmaz. Bu konuyla ilgili akademik çalışmalar da bulunmaktadır; yurtdışında Nano Energy ve Springer gibi dergilerde triboelektrik yüklerin insan vücudunda ölçümü, enerji hasadı ve biyolojik etkileri incelenmiş, Türkiye’de ise TÜBİTAK, ElektrikPort ve MEB yayınlarında statik elektrik fenomeni, ölçüm yöntemleri ve günlük uygulamaları detaylandırılmıştır; ayrıca üniversite ders notları bu konudaki temel ders içeriklerini ve deneysel ölçüm yöntemlerini kapsamaktadır.

Kaynakça

1-Serway, Raymond A. – Jewett, John W. Physics for Scientists and Engineers

2-Halliday, David – Resnick, Robert – Walker, Jearl Fundamentals of Physics

3-IEEE elektrostatik boşalma ve elektrik mühendisliği çalışmaları

4-National Geographic bilim içerikleri ve elektrik fenomenleri üzerine yayınlar

5-TÜBİTAK popüler bilim yayınları ve elektrik konulu makaleler

6-Milli Eğitim Bakanlığı elektrostatik modülleri ve teknik dokümanları

6-İstanbul Teknik Üniversitesi elektrik mühendisliği ve fizik ders notları ve laboratuvar içerikleri

7-ElektrikPort teknik yazıları ve mühendislik içerikleri (statik elektrik ve elektrostatik olaylar) (elektrikport.com)