După mii de ani, oamenii de știință au aflat ce creează electricitatea statică.
O observi atunci când îți perii părul și acesta se umflă, ori atunci când un balon se lipește de tavan după ce îl freci de cap. Deși aceste fenomene se petrec mereu, cercetătorii nu au reușit până acum să afle cauza.
Începutul și sfârșitul mișcării de alunecare care produce electricitate statică experimentează forțe diferite - rezultând o diferență de sarcină între față și spate, care are ca rezultat trosnirea electricității statice.
„Pentru prima dată suntem capabili să explicăm un mister pe care nimeni nu l-a putut înțelege până acum: de ce contează frecarea”, spune cercetătorul Laurence Marks de la Universitatea Northwestern din SUA.
„Oamenii au încercat dar nu au putut explica rezultatele experimentale fără a face presupuneri care nu erau justificate sau justificabile. Acum putem, iar răspunsul este surprinzător de simplu. Doar având diferite deformații – și, prin urmare, sarcini diferite – în partea din față și din spate a ceva, alunecarea conduce la curent”.
Efectul triboelectric
Electricitatea statică este extrem de comună și avem un control foarte bun asupra condițiilor care o fac mai probabil să apară. Când este generată ca rezultat al frecării a două materiale, este cunoscută sub numele de triboelectricitate, iar transferul de sarcină între cele două suprafețe este efectul triboelectric.
Efectul triboelectric în sine a fost puțin mai greu de stabilit. Singurul lucru pe care îl știam cu siguranță era că frecarea a două materiale producea triboelectricitate.
Apoi, în 2019, Marks și colegii săi de la acea vreme au descoperit că frecarea a două materiale deformează proeminențele microscopice de pe suprafețele acelor materiale. Deformațiile în textura suprafeței creează tensiune.
Într-o nouă lucrare, Marks și Karl Olson de la Universitatea Northwestern, au completat restul puzzle-ului.
"În 2019, am avut sămânța a ceea ce se întâmpla. Însă, ca toate semințele, a fost nevoie de timp pentru a crește", a spus Marks. "Acum a înflorit. Am dezvoltat un nou model care calculează curentul electric. Valorile curentului pentru o serie de cazuri diferite au fost în acord cu rezultatele experimentale."
Conceptul din centrul frecării este crucial pentru generarea de electricitate statică, potrivit calculelor și experimentelor cercetătorilor. Se numește forfecare elastică capacitatea unui material de a rezista la forța de alunecare. Când freci două materiale, acestea rezistă mișcării, generând frecare. Acesta este motivul pentru care, chiar și atunci când aluneci în șosete pe o podea lustruită, în cele din urmă te oprești.
Când suprafețele izolatoare se freacă între ele, tensiunile elastice din partea din față a corpului diferă de cele din spate. Deci încărcăturile și polarizarea din față și din spate a materialului sunt și ele diferite - rezultând în dezvoltarea unui curent între cele două sarcini diferite.
Modelul nu explică fiecare aspect al triboelectricității, dar pare să rezolve partea principală a problemei.
Analize și experimente ulterioare îi vor ajuta pe oamenii de știință să descopere detaliile fine, ceea ce sperăm că va duce nu doar la înțelegerea triboelectricității, ci și la o modalitate de a o controla.
Există multe motive pentru a dori să înțelegem electricitatea statică. Formarea acesteia poate crea probleme în producție și pentru turbinele eoliene. Scânteile de la electricitatea statică pot declanșa incendii. Iar electricitatea statică poate fi parțial responsabilă pentru întreaga noastră existență – se crede că forțele electrostatice sunt lipiciul care a legat primele boabe de praf din care a crescut planeta noastră, cu miliarde de ani în urmă.
„Electricitatea statică afectează viața atât în moduri simple, cât și profunde”, spune Marks. „Este uimitor cât de mult din viețile noastre sunt atinse de electricitatea statică, și cât de mult din univers depinde de aceasta.”
Cercetarea a fost publicată în Nano Letters și citată de sciencealert.com.