Hvis du går over et gulvtæppe i uldsokker, er der en ret god chance for, at det næste dørhåndtag, du rører ved, vil overraske dig med en gnist. Statisk elektricitet er så almindelig, at det er let at glemme, hvor mærkeligt det er.
Men hvad sker der egentlig, når du støder på disse gnister?
Den gamle græske filosof og matematiker Thales af Milet var den første til at beskrive statisk elektricitet i det sjette århundrede f.Kr., men videnskabsfolk har i årtier kæmpet for at besvare dette grundlæggende spørgsmål. Forskere, der arbejder på nanoskalaen, har imidlertid netop taget et stort skridt fremad i deres søgen efter at forstå, hvorfor det at gnide to overflader mod hinanden kan føre til et stød.
Relateret:
Og uanset hvor glat en overflade end ser ud, vil man, når man zoomer tæt nok på, opdage buler og huller, når man zoomer ind. Forskere kalder disse ufuldkommenheder for “asperiteter”. Enhver overflade, lige fra balloner til fibre som uld eller hår, er dækket af mikroskopiske asperiteter. Og disse elementer er ansvarlige for at producere statisk elektricitet, siger Christopher Mizzi, der er ph.d.-studerende i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved Northwestern University i Evanston, Illinois.
I en undersøgelse, der blev offentliggjort i september i tidsskriftet Physical Review Letters, sammenlignede Mizzi og hans medforfattere de usynlige ufuldkommenheder på hverdagsgenstande med jordens overflade. Hvis man ser på Jorden på lang afstand, “ser planeten meget glat ud, som en perfekt kugle”, sagde Mizzi. Vi ved imidlertid, at Jorden i virkeligheden er langt fra glat, men man skal se nærmere på den for at se det. Det er først, når “man zoomer langt nok ind, at man opdager, at der er bjerge og bakker”, sagde han. På samme måde ser velkendte objekter glatte ud, indtil man ser dem tæt på.
Når overfladerne på to objekter gnider mod hinanden, skraber deres asfalterede overflader mod hinanden og skaber friktion. Forskere har længe vidst, at friktion spiller en rolle i statisk elektricitet. (Faktisk deler den videnskabelige betegnelse for statisk elektricitet, triboelektricitet, en rod med tribologi, som er studiet af friktion.)
I den nye undersøgelse viste Mizzi og hans medforfattere, hvordan de asfalteringer, der forårsager friktion, også forårsager en chokerende forskel i elektrisk ladning.
Det usædvanlige ved statisk elektricitet er, at det er nemmest at frembringe den ved hjælp af materialer, der begrænser elektricitet, og som er kendt som isolatorer; disse omfatter gummi, uld og hår. I elektrisk strøm – den daglige form for elektricitet, der driver telefoner, lys og næsten al anden elektronik – skaber elektroner strømme ved at flyde hen over atomer i ledende materialer som kobbertråd. Men isolatorernes atomer lader ikke elektronerne komme og gå let; de gør sig fortjent til deres navn ved at hæmme elektronstrømmen.
Mizzi og hans kolleger opdagede, at der opstår statisk elektricitet, når asperiterne i isolatorer gnider mod hinanden og forstyrrer elektronskyerne. Da elektronerne i isolatorer ikke kan bevæge sig let, kan denne gnidning bøje elektronskyerne ud af form.
I disse materialer er elektronskyen omkring atomerne normalt symmetrisk. Når man ser på disse skyer, “kan man ikke skelne mellem op og ned, venstre og højre”, sagde Mizzi.
Men hvis man presser denne elektronsky, deformeres den og bliver asymmetrisk. Under de rette omstændigheder kan denne nye form fordele spændingen ujævnt over hele materialet, forklarede Mizzi.
Hvad har dette at gøre med uldsokker på gulvtæppet? Når du går i sådant fodtøj, får kombinationen af din kropsvægt og din skridtbevægelse fibrene i dine sokker til at glide mod fibrene i gulvtæppet. Når de to materialer gnider mod hinanden på denne måde, trækker bumpene på den ene overflade sig langs asperiteterne på den modsatte overflade, hvilket får dem til at bøje sig. Når denne bøjning sker, bliver elektronskyerne i de atomer, der udgør asperiterne, presset sammen i asymmetriske former, hvilket forårsager en meget, meget lille forskel i spændingen.
Selv om de er små, så er disse ændringer i spændingen store. Asperiteterne er så talrige, at sammenpresningen af elektronskyer forårsager en betydelig ophobning af statisk elektricitet – kraftig nok til, at man kan mærke det, når man rører ved et dørhåndtag eller ryster nogens hånd.
Denne nyfundne forståelse af statisk elektricitet kan påvirke forskere, der udvikler tekstiler, der producerer gnidningsgenereret strøm til opladning af bærbare enheder, hvilket kan gøre produkterne mere effektive. Og med en bedre forståelse af, hvilke materialer der ikke let skaber statisk elektricitet, kan ingeniører arbejde på at skabe mere sikre produktionsmiljøer, f.eks. ved at fjerne støvpartikler, der kan udløse brande ved at gnide mod hinanden.
“Når man har en model, kan man begynde at lave forudsigelser”, sagde Mizzi.
- Kan man få elektrisk stød ved at tisse?
- Få penge til at fungere: Using Coins to Generate Electricity
- Where Do Electrons Get Energy to Spin Around an Atom’s Nucleus?
Originally published on Live Science.
Recent news