Dacă mergeți pe un covor în șosete de lână, există o șansă destul de mare ca următoarea clanță pe care o atingeți să vă surprindă cu o scânteie. Electricitatea statică este atât de comună încât este ușor să uităm cât de ciudată este.
Dar ce se întâmplă de fapt când întâlniți aceste scântei?
Filosoful și matematicianul grec antic Thales din Milet a fost primul care a descris electricitatea statică, în secolul al VI-lea î.Hr., dar oamenii de știință s-au luptat timp de decenii pentru a răspunde la această întrebare de bază. Cu toate acestea, cercetătorii care lucrează la scară nanometrică tocmai au făcut un pas uriaș înainte în încercarea de a înțelege de ce frecarea a două suprafețe poate duce la un șoc.
Relaționat: De ce unele fructe și legume conduc electricitate?
Nu contează cât de netedă poate părea o suprafață, atunci când vă apropiați suficient de mult, veți observa umflături și gropițe. Oamenii de știință numesc aceste imperfecțiuni „asperități”. Fiecare suprafață, de la baloane la fibre precum lâna sau părul, este acoperită de asperități microscopice. Iar aceste caracteristici sunt responsabile de producerea electricității statice, a declarat Christopher Mizzi, doctorand în știința și ingineria materialelor la Universitatea Northwestern din Evanston, Illinois.
Într-un studiu publicat în septembrie în revista Physical Review Letters, Mizzi și coautorii săi au comparat imperfecțiunile invizibile de pe obiectele de zi cu zi cu suprafața Pământului. Dacă priviți Pământul de la distanță, planeta „pare foarte netedă, ca o sferă perfectă”, a spus Mizzi. Cu toate acestea, știm că, în realitate, Pământul este departe de a fi neted, dar trebuie să îl privești îndeaproape pentru a vedea acest lucru. Doar atunci când „te apropii suficient de mult observi că există munți și dealuri”, a spus el. În mod similar, obiectele familiare par netede până când sunt privite de aproape.
Când suprafețele a două obiecte se freacă una de alta, asperitățile lor se freacă între ele, creând frecare. Oamenii de știință știu de mult timp că frecarea joacă un rol în electricitatea statică. (De fapt, termenul științific pentru electricitatea statică, triboelectricitate, împarte o rădăcină cu tribologia, care este studiul frecării.)
În noul studiu, Mizzi și coautorii săi au arătat cum asperitățile care cauzează frecarea cauzează, de asemenea, o diferență șocantă de sarcină electrică.
Un lucru neobișnuit în legătură cu electricitatea statică este că este cel mai ușor de produs folosind materiale care restricționează electricitatea, cunoscute sub numele de izolatori; acestea includ cauciucul, lâna și părul. În electricitatea curentă – forma zilnică de electricitate care alimentează telefoanele, luminile și aproape toate celelalte aparate electronice – electronii creează curenți trecând prin atomii din materialele conductoare, cum ar fi sârma de cupru. Dar atomii izolatorilor nu lasă electronii să vină și să plece cu ușurință; ei își câștigă numele prin inhibarea fluxului de electroni.
Mizzi și colegii săi au descoperit că electricitatea statică este produsă atunci când asperitățile din izolatori se freacă unele de altele și interferează cu norii de electroni. Deoarece electronii din izolatori nu se pot deplasa cu ușurință, această frecare poate îndoi norii de electroni din formă.
În aceste materiale, norul de electroni din jurul atomilor este de obicei simetric. Când vă uitați la acești nori, „nu puteți deosebi sus de jos, stânga de dreapta”, a spus Mizzi.
Dar dacă strângeți acel nor de electroni, acesta se deformează, devenind asimetric. În circumstanțele potrivite, această nouă formă poate distribui tensiunea în mod neuniform pe tot materialul, a explicat Mizzi.
Ce legătură are acest lucru cu șosetele de lână pe covor? În timp ce mergeți în astfel de încălțăminte, combinația dintre greutatea corpului dumneavoastră și mișcarea de mers face ca fibrele din șosete să alunece pe fibrele din covor. Atunci când cele două materiale se freacă astfel una de cealaltă, protuberanțele de pe o suprafață se târăsc de-a lungul asperităților de pe suprafața opusă, ceea ce le face să se îndoaie. Când are loc această îndoire, norii de electroni din atomii care alcătuiesc asperitățile sunt striviți în forme asimetrice, provocând o diferență foarte, foarte mică de tensiune.
Deși mici, aceste modificări de tensiune se adună. Asperitățile sunt atât de numeroase încât strivirea norilor de electroni provoacă o acumulare semnificativă de electricitate statică – una suficient de puternică încât să o simțiți atunci când atingeți o clanță de ușă sau când strângeți mâna cuiva.
Această înțelegere nou descoperită a electricității statice ar putea influența oamenii de știință care dezvoltă țesături care produc energie generată de frecare pentru încărcarea dispozitivelor portabile, ceea ce ar putea face produsele mai eficiente. Și cu o mai bună înțelegere a materialelor care nu reușesc să creeze cu ușurință electricitate statică, inginerii pot lucra pentru a crea medii de producție mai sigure, de exemplu, prin eliminarea particulelor de praf care pot declanșa incendii prin frecare unele de altele.
„Când aveți un model, puteți începe să faceți predicții”, a spus Mizzi.
- Puteți fi electrocutat dacă faceți pipi?
- Făcând banii să funcționeze: Using Coins to Generate Electricity
- De unde iau electronii energie pentru a se roti în jurul nucleului unui atom?
Publicat inițial pe Live Science.
Știri recente