Fizică

De ce este importantă frecarea în producerea electricităţii statice

În anul 600 î.Hr., filozoful grec Thales din Milet a observat că atunci când se freacă blana de chihlimbar, blana atrage praful.

Acea mică sarcină electrică generată în acest mod a ajuns să fie cunoscută sub numele de electricitate statică. S-ar putea să o cunoașteți prin trosnetul și umflătura părului atunci când îl periați sau prin forța care lipește un balon de tavan după ce îl frecaţi pe cap.

Oamenii de știință au încercat să cauza acestui fenomen de secole.

Acum, în sfârșit, avem un răspuns: la începutul și sfârșitul mișcării de alunecare care produce electricitate statică se manifestă forțe diferite, rezultând astfel o diferență de sarcină între fața și spatele materialului care are ca rezultat „trosnetul” electricității statice.

„Pentru prima dată, suntem capabili să explicăm un mister pe care nimeni nu l-a putut explica până acum: de ce contează frecarea.

Oamenii au încercat, dar nu au putut explica rezultatele experimentale fără a face presupuneri care nu erau justificate sau justificabile. Acum putem, iar răspunsul este surprinzător de simplu.

Doar având diferite deformații și, prin urmare, sarcini diferite în partea din față și din spate a ceva, alunecarea produce curent electric”, spune cercetătorul Laurence Marks de la Universitatea Northwestern din SUA.

Electricitatea statică este extrem de întâlnită și avem un control foarte bun asupra condițiilor care o fac mai probabil să apară. Atunci când este generată ca rezultat al frecării a două materiale este cunoscută sub numele de triboelectricitate, iar transferul de sarcină între cele două suprafețe este efectul triboelectric.

Efectul triboelectric în sine a fost puțin mai greu de stabilit. Singurul lucru pe care îl știam cu siguranță era că frecarea a două materiale împreună producea triboelectricitate.

Apoi, în 2019, Marks și colegii săi de la acea vreme au descoperit că frecarea a două materiale deformează proeminențele microscopice de pe suprafețele acelor materiale. Deformațiile în textura suprafeței generează tensiune electrică.

Diferența de sarcină electrică

O diagramă care ilustrează modul în care textura materialului are ca rezultat o diferență de sarcină electrică. Credit:Olson & Marks, Nano Letters, 2024

Într-o nouă lucrare, Marks și primul autor Karl Olson de la Universitatea Northwestern au completat restul puzzle-ului.

„În 2019, am obţinut primele indicii a ceea ce se întâmplă. Cu toate acestea, am avut nevoie de timp pentru a înţelege. Am dezvoltat un nou model care calculează curentul electric. Valorile curentului pentru o serie de cazuri diferite au fost în concordanţă cu rezultatele experimentale”, a spus Marks.

Calculele și experimentele cercetătorilor arată că conceptul din centrul frecării este crucial pentru generarea de electricitate statică. Se numește forfecare elastică, capacitatea unui material de a rezista la forța de alunecare.

Atunci când frecați două materiale împreună, acestea rezistă mișcării, generând frecare. Acesta este motivul pentru care, chiar și atunci când aluneci pe o podea lustruită în șosete, în cele din urmă te oprești din mişcare.

Atunci când două suprafețe izolatoare se freacă între ele, tensiunile elastice din partea din față diferă de cele din spate. În consecinţă, sarcinile electrice și polarizarea din față și din spate a materialului sunt și ele diferite, rezultând astfel un curent între cele două sarcini diferite.

Modelul nu explică fiecare aspect al triboelectricității, dar pare să rezolve partea principală a problemei. Analize și experimente ulterioare îi vor ajuta pe oamenii de știință să descopere detaliile fine, ceea ce sperăm că va duce nu doar la înțelegerea triboelectricității, ci și la o modalitate de a o controla.

Există multe motive pentru care ne dorim să înțelegem electricitatea statică. Formarea acesteia poate crea probleme în producție și pentru turbinele eoliene. Scânteile de la electricitatea statică pot declanșa incendii.

Electricitatea statică poate fi parțial responsabilă pentru întreaga noastră existență, deoarece se crede că forțele electrostatice au fost „lipiciul” care a legat primele boabe de praf din care a crescut planeta noastră, cu miliarde de ani în urmă.

Electricitate statica
Credit: Christ Tobin/DigitalVision/Getty Images

„Electricitatea statică afectează viața atât în ​​moduri simple, cât și profunde. Este uimitor cât de multe din viaţa noastră sunt influiențate de electricitatea statică și cât de mult din univers depinde de ea”, a spus Marks.

Cercetarea a fost publicată în Nano Letters.

Traducere după We Finally Know What Creates Static Electricity, After Thousands of Years

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *