Se atravessar um tapete com meias de lã, há uma boa chance de que a maçaneta da porta ao lado que você toca vai surpreendê-lo com uma faísca. Electricidade estática é tão comum que é fácil esquecer como é estranha.
Mas o que está realmente acontecendo quando você encontra essas faíscas?
O antigo filósofo e matemático grego Thales de Miletus foi o primeiro a descrever a electricidade estática, no século VI a.C., mas os cientistas lutaram durante décadas para responder a essa pergunta básica. No entanto, pesquisadores trabalhando na nanoescala acabam de dar um enorme passo em frente na busca de entender por que esfregar duas superfícies juntas pode levar a um choque.
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Não importa o quão suave uma superfície possa parecer, quando você aproximar o zoom o suficiente, você notará saliências e buracos. Os cientistas chamam estas imperfeições de “asperezas”. Todas as superfícies, desde balões a fibras como lã ou cabelo, estão cobertas de asperezas microscópicas. E estas características são responsáveis pela produção de eletricidade estática, disse Christopher Mizzi, doutorando em ciência e engenharia de materiais na Northwestern University em Evanston, Illinois.
Num estudo publicado em Setembro na revista Physical Review Letters, Mizzi e os seus co-autores compararam as imperfeições invisíveis nos objectos do dia-a-dia à superfície da Terra. Se você olhar para a Terra de longe, o planeta “parece muito suave, como uma esfera perfeita”, disse Mizzi. Sabemos, contudo, que na realidade, a Terra está longe de ser lisa, mas é preciso olhar para ela de perto para ver isso. É só quando “você amplia o suficiente para perceber que há montanhas e colinas”, disse ele. Similarmente, objetos familiares parecem suaves até serem vistos de perto.
Quando as superfícies de dois objetos se esfregam uma contra a outra, suas asperezas se raspam, criando atrito. Os cientistas sabem há muito tempo que a fricção desempenha um papel na eletricidade estática. (Na verdade, o termo científico para eletricidade estática, triboeletricidade, compartilha uma raiz com a tribologia, que é o estudo do atrito.)
No novo estudo, Mizzi e seus co-autores mostraram como as asperezas que causam atrito também causam uma diferença chocante na carga elétrica.
Algo incomum na eletricidade estática é que é mais fácil produzir usando materiais que restringem a eletricidade conhecidos como isolantes; estes incluem borracha, lã e cabelo. Na eletricidade atual – a forma diária de eletricidade que alimenta telefones, luzes e quase todos os outros componentes eletrônicos – os elétrons criam correntes fluindo através de átomos em materiais condutores, como o fio de cobre. Mas os átomos dos isoladores não deixam os elétrons ir e vir facilmente; eles ganham seu nome inibindo o fluxo de elétrons.
Mizzi e seus colegas descobriram que a eletricidade estática é produzida quando as asperezas dos isoladores se esfregam umas nas outras e interferem nas nuvens de elétrons. Como os electrões nos isoladores não se podem mover facilmente, essa fricção pode dobrar as nuvens de electrões para fora de forma.
Nesses materiais, a nuvem de electrões em volta dos átomos é normalmente simétrica. Quando você olha para essas nuvens, você “não consegue distinguir para cima de baixo, para a esquerda da direita”, disse Mizzi.
Mas se você apertar essa nuvem de elétrons, ela se deforma, tornando-se assimétrica. Sob as circunstâncias certas, essa nova forma pode distribuir a tensão desigualmente através do material, explicou Mizzi.
O que isso tem a ver com meias de lã no tapete? À medida que você anda com esses calçados, a combinação do peso do seu corpo e do seu movimento de deslizamento faz com que as fibras das meias deslizem contra as fibras do tapete. Quando os dois materiais se esfregam um contra o outro desta forma, as saliências numa superfície arrastam-se ao longo das asperezas na superfície oposta, provocando a sua curvatura. Quando esta flexão acontece, as nuvens de elétrons nos átomos que compõem as asperezas são esmagadas em formas assimétricas, causando uma diferença muito, muito pequena na voltagem.
Pois pequenas, estas mudanças de voltagem se somam. As asperezas são tão numerosas que o esmagamento das nuvens de electrões causa um acúmulo significativo de electricidade estática – um poder suficiente para que a sinta quando toca numa maçaneta da porta ou aperta a mão de alguém.
Esta nova compreensão da electricidade estática pode influenciar os cientistas que desenvolvem tecidos que produzem energia gerada por fricção para carregar dispositivos que podem ser usados, o que pode tornar os produtos mais eficientes. E com um melhor entendimento de quais materiais falham em criar eletricidade estática facilmente, os engenheiros podem trabalhar para criar ambientes de fabricação mais seguros, por exemplo, eliminando partículas de poeira que podem provocar incêndios ao esfregar umas nas outras.
“Quando você tem um modelo, você pode começar a fazer previsões”, disse Mizzi.
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Originalmente publicado em Live Science.
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