През 600 г. пр.н.е. гръцкият философ Талес от Милет забелязва, че когато търка козина върху кехлибар, козината започва да привлича прах.
Полученият малък заряд става известен като статично електричество.
Може би го познавате като странния пукащ звук, който се образува при разресването и изправянето на косата ви. Или пък като силата, която задържа балон на тавана, след като сте го разтрили в главата си. Така или иначе учените се опитват от векове да разберат какво създава това явление.
Сега обаче най-накрая знаем какво става и защо триенето произвежда повече статично електричество, отколкото контакта или търкалянето.
„За първи път успяваме да обясним загадка, която никой досега не можеше да обясни: защо триенето има значение“, казва ученият по материалознание Лорънс Маркс от Северозападния университет в САЩ.
„Хората 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 заряди - в предната и задната част на плъзгащия се [обект] води до образуването ток.“
Статичното електричество е изключително често срещано явление и ние имаме много добри познания за условията, които увеличават вероятността за появата му. Когато то се генерира в резултат на триенето на два материала, то е известно като трибоелектричество, а преносът на заряд между двете повърхности е трибоелектрическият ефект.
Самият трибоелектричен ефект е малко по-труден за определяне. Единственото, което знаехме със сигурност, беше, че триенето на два материала води до трибоелектричество.
След това, през 2019 г., Маркс и тогавашните му колеги правят пробив: те откриват, че триенето на два материала един в друг деформира микроскопичните издатини на повърхностите на тези материали. Деформациите в структурата на повърхността създават напрежение.
В новия си труд Маркс и водещият автор Карл Олсън от Северозападния университет нареждат и останалата част от пъзела.
„Разработихме нов модел, който изчислява електрическия ток. Стойностите на тока за редица различни случаи бяха в добро съответствие с експерименталните резултати“, казва Маркс.
Техните изчисления и експерименти показват, че концепцията, която е в основата на триенето, е от решаващо значение за генерирането на статично електричество. Тя се нарича „еластично срязване“ - способността на материала да издържа на напрежението при плъзгане. Когато търкате два материала един в друг, те се съпротивляват на движението, генерирайки триене. Ето защо, дори когато се плъзгате по полиран под с чорапи, в крайна сметка спирате.
Когато изолационни повърхности се трият една в друга, еластичните напрежения в предната част на тялото се различават от тези в задната част. Така че зарядите и поляризацията в предната и задната част на материала също са различни - което води до създаването на ток между двата различни заряда.
Моделът не обяснява всички аспекти на трибоелектричеството, но изглежда, че разрешава основната част от проблема. По-нататъшните анализи и експерименти ще помогнат на учените да разберат фините детайли, като се надяваме, че това ще доведе не само до разбиране на трибоелектричеството, но и до начин за неговото контролиране.
Има много основателни причини да искате да разберете статичното електричество. Натрупването му може да създаде проблеми в производството и при вятърните турбини. Искрите от него могат да предизвикат пожар. А статичното електричество може да е отчасти отговорно за цялото ни съществуване - смята се, че електростатичните сили са били „лепилото“, което е свързвало първите песъчинки, от които е израснала нашата планета преди милиарди години.
„Статичното електричество влияе на живота както по прости, така и по дълбоки начини“, казва Маркс. „Удивително е колко голяма част от живота ни е засегната от статичното електричество и колко голяма част от Вселената зависи от него.“
Изследването е публикувано в Nano Letters.
Източник: Science Alert
