Спустя тысячи лет мы наконец-то знаем, что создает статическое электричество

В 600 г. до н. э. греческий философ Фалес Милетский заметил, что, когда он тер мех о янтарь, мех притягивает пыль.

Этот крошечный заряд стал известен как статическое электричество.

Возможно, вы знаете это как потрескивание и движение волос, когда вы их расчесываете, или силу, которая прижимает воздушный шарик к потолку после того, как вы потерли его о голову, но ученые пытались докопаться до сути того, что создает явление на протяжении веков.

Теперь у нас наконец-то есть ответ: начало и конец скользящего движения, вызывающего статическое электричество, испытывают на себе разные силы, что приводит к разнице зарядов между передней и задней частью, что приводит к в потрескивании статического электричества.

«Впервые мы можем объяснить тайну, которую никто раньше не мог объяснить: почему трение имеет такое значение», — говорит ученый-материаловед Лоуренс Маркс из Северо-Западного университета в США.

«Люди пытались, но они не могли объяснить результаты экспериментов, не делая предположений, которые не были оправданы или оправданы. Теперь мы можем, и ответ на удивление прост. Наличие разных деформаций – и, следовательно, разных зарядов – спереди и сзади чего-то скользящего приводит к возникновению тока».

Статическое электричество чрезвычайно распространено, и мы очень хорошо понимаем условия, которые делают его более сильным. Когда он возникает в результате трения двух материалов друг о друга, он известен как трибоэлектричество, а перенос заряда между двумя поверхностями — это трибоэлектрический эффект.

Сам трибоэлектрический эффект известен как трибоэлектричество. немного сложнее определить. Единственное, что мы знали наверняка, это то, что при трении двух материалов друг о друга возникает трибоэлектричество.

Затем, в 2019 году, Маркс и его коллеги совершили прорыв: они обнаружили. что трение двух материалов друг о друга деформирует микроскопические выступы на поверхности этих материалов. Деформации текстуры поверхности создают напряжение.

В новой работе Маркс и первый автор Карл Олсон из Северо-Западного университета разгадали остальную часть головоломки.

«В 2019 году у нас было зерно того, что происходит. Однако, как и всем семенам, ему нужно время, чтобы прорасти», — сказал Маркс. «Теперь он расцвел. Мы разработали новую модель, которая рассчитывает электрический ток. Значения тока для ряда различных случаев хорошо согласуются с экспериментальными результатами».

Их расчеты и эксперименты показывают, что концепция, лежащая в основе трения, имеет решающее значение для генерации статического электричества. Это называется упругим сдвигом — способностью материала выдерживать напряжение скольжения. Когда вы трете два материала друг о друга, они сопротивляются движению, создавая трение. Вот почему, даже когда вы скользите по полированному полу в носках, вы в конце концов останавливаетесь.

Когда изолирующие поверхности трутся друг о друга, упругие напряжения в передней части тела отличаются от таковых в передней части тела. назад. Таким образом, заряды и поляризация на передней и задней части материала также различны, что приводит к развитию тока между двумя разными зарядами.

Модель не объясняет все аспекты трибоэлектричества. , но, похоже, это решает основную часть проблемы. Дальнейший анализ и эксперименты помогут ученым выяснить мелкие детали, что, как мы надеемся, приведет не только к пониманию трибоэлектричества, но и к способу управления им.

Есть много веских причин хотеть понять статическое электричество. Его накопление может создать проблемы в производстве и ветряных турбинах. Искры от статического электричества могут стать причиной пожара. А статическое электричество может быть частично ответственным за все наше существование: электростатические силы считаются клеем, который связал самые первые пылинки, из которых выросла наша планета миллиарды лет назад.

«Статическое электричество влияет жизнь как простыми, так и глубокими способами», — говорит Маркс. «Удивительно, насколько на нашу жизнь влияет статическое электричество и насколько от него зависит Вселенная».

Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.