В Древна Гърция философът Талес от Милет забелязал нещо странно. Когато търкал козина върху кехлибар, кехлибарът привличал прах. Това на пръв поглед тривиално наблюдение било първото документиране на статичното електричество. Повече от 2600 години учените се борят да разберат какво е причинило този странен ефект в детайли. Сега, благодарение на нови изследвания, най-накрая знаем отговора.
„За първи път сме в състояние да обясним мистерия, която никой преди не можеше: защо триенето има значение“, казва Лорънс Маркс от Северозападния университет.
Ключът се крие в това как различните деформации на материалите по време на плъзгане създават електрически заряди.
Кое е най-бързото нещо на Земята?
„Хората са опитвали, но не са могли да обяснят експерименталните резултати, без да правят предположения, които не са оправдани“, добавя Маркс.
„Вече можем… Просто наличието на различни деформации – и следователно различни заряди – отпред и отзад на нещо, което се плъзга, води до ток.“
Просто решение на сложен пъзел
Статичното електричество възниква, когато два материала се търкат един в друг, генерирайки прехвърляне на заряд. Този ефект, известен като трибоелектричество, възниква, когато малки несъвършенства по повърхностите на материалите се деформират при триене. Тези деформации водят до разлики в електрическия заряд между предната и задната част на плъзгащите се материали – нещо, което Маркс и колегите му разбрали в предишно изследване от 2019 г.
Тогава те открили, че триенето на материали създава микроскопични издатини, които генерират напрежение. Тази деформация е от съществено значение за развитието на статично електричество.
Сега екипът е направил нов пробив, като е разработил модел, който обяснява основния механизъм: еластично срязване. Еластичното срязване описва как материалите се съпротивляват на плъзгащото се движение, създавайки триене. Това триене натрупва заряди върху различни части на материалите, произвеждайки ток – и в крайна сметка статичен шок.
„Разработихме нов модел, който изчислява електричния ток – обяснява Маркс. – Стойностите за тока за редица различни случаи са в добро съответствие с експерименталните резултати. Плъзгането и срязването са тясно свързани.“
Защо това има значение
Статичното електричество може да изглежда като тривиално дразнение – помислете за пукането, когато разресвате косата си, или „токовия удар“ след докосване на дръжката на вратата. Но ефектите му надхвърлят ежедневието.
Статичното електричество може да създаде реални опасности, особено в производствени и индустриални условия. Искрите от натрупването на статично електричество могат да причинят пожари, а статичното електричество може дори да промени вкуса на кафеените зърна в мелничките.
Странна форма на материята, която съществува само на теория, се оказа реална
Маркс отбелязва, че статичното електричество играе роля в много по-голям мащаб. „Земята вероятно не би била планета без ключова стъпка в струпването на частици, които образуват планети, което се случва поради статичното електричество, генерирано от сблъскващи се зърна“, добавя изследователят.
Това изследване не разрешава всеки аспект на трибоелектричеството, но осигурява решаваща част от пъзела. Способността да се контролира и прогнозира статичното електричество може да има значителни приложения в области, вариращи от медицина до космонавтика, където малките електрически удари могат да имат големи последствия.
Допълнителни експерименти ще помогнат за прецизиране на детайлите. Учените се надяват, че с времето ще разберат напълно трибоелектричеството и потенциално ще намерят начини да го предотвратят или контролират в среди, където то представлява риск. Засега, след хиляди години, най-накрая имаме отговор на една от най-старите мистерии на науката.
Изводите са публикувани в списанието Nano Letters.
