Най-накрая знаем как работи статичното електричество
Феноменът на статичното електричество е познат поне от времето на Аристотел, който приписва на своя колега, философа Талес от Милет, живял между 640 и 546 г. пр. н. е., откритието, че кехлибарът привлича парченца суха трева, след като се разтрие с кърпа.
В продължение на много дълго време след това обаче не е отбелязан реален напредък в посока какво представлява и как действа. Бенджамин Франклин прави една миша стъпка като трие восък и вълна заедно и определя, че положителният заряд идва от триещата се вълна, а отрицателния заряд – от трития восък.
Макар че светът със сигурност оценява цялото търкане на Франклин, неговото разбиране на темата включва обмен на течности, което не е това, което наистина се случва, за да се получи положителен и отрицателен заряд. Но сега, благодарение на екип, който моделира статичния заряд в наномащаб, най-накрая знаем какво става и защо триенето произвежда повече статично електричество, отколкото контакта или търкалянето.
„За първи път сме в състояние да обясним една загадка: защо точно триенето е важно“, казва в изявление Лоурънс Маркс от Северозападния университет, който е ръководител на изследването. „Хората досега се опитваха, но не можеха да обяснят експерименталните резултати, без да правят предположения, които не бяха обосновани или оправдани. Сега вече можем и отговорът е изненадващо прост: наличието на различни деформации – и следователно различни заряди – в предната и задната част на нещо плъзгащо се води до образувне на заряд.“
Моделът, създаден от екипа, е свързан с т. нар. „еластично срязване“, при което материалът се съпротивлява на сила на плъзгане. Представете си, че плъзгате чиния по масата. Когато спрете да я бутате, чинията ще спре бързо и именно това съпротивление при плъзгане предизвиква движението на електрическите заряди.
„Моделът обяснява трибоелектричния заряд [трибоелектричният ефект описва преноса на електрически заряд между два обекта, когато те се допират или плъзгат един в друг] по време на плъзгане, който е резултат от тангенциалната сила [силата, която действа върху движещо се тяло в посока на допирателната към извитата траектория на тялото], която нарушава симетрията на контакта“, обяснява екипът в своята статия. „Свързаните заряди, дължащи се на флексоелектричеството [свойство на всички изолатори, при което те се поляризират, когато са подложени на нехомогенна деформация], изместването на средния вътрешен потенциал и деформационните потенциали, се разпределят асиметрично и се компенсират от свободните заряди. Това плюс плъзгащо движение води до ток.“
(бел. ред. – Така говорят учените…)
Изключително важно е, че този модел може да се прилага за различни материали, тъй като „основната физика на електромеханичните заряди, водещи до трибоелектричество, се прилага по принцип, независимо от това дали те се генерират от флексоелектричество, пиезоелектричество или друго огъване на материала“.
Макар че за нас статичното електричество е неприятният удар от бравата на вратата, за други то може да бъде много по-сериозен пробле: да доведе до промишлени пожари и дори да попречи на дозирането на лекарства. Сега с по-доброто разбиране, което имаме за него, може да се намалят тези проблеми или дори да му се намерят нови забавни приложения.
„Статичното електричество влияе на живота както по прости, така и по по-сложни начини“, добавя Маркс. „Наелектризирането на кафените зърната например оказва голямо влияние върху начина, по който се смилат и върху вкуса на кафето. Земята вероятно не би била планета без ключова стъпка в струпването на частици, които образуват планетите, което се случва заради статичното електричество. Удивително е колко голяма част от живота ни е засегната от това нещо и колко голяма част от Вселената зависи от него.“
