Od czasów starożytnych było wiadomo, że po tarciu małe obiekty są przyciągane do siebie lub odwrotnie, odpychane. Wieki temu naukowcy odkryli, że odpowiedzialne są za to ładunki elektryczne. Ale fizycy wciąż spierają się, dlaczego ocierające się ciała są naładowane. Ale ostatnio eksperci w końcu znaleźli odpowiedź.
Nowa wersja, która doskonale zgadza się z danymi eksperymentalnymi, została opisana w artykule naukowym przyjętym do publikacji w czasopiśmie Physical Review Letters. W międzyczasie możesz zapoznać się z jego przedrukiem. Badaniami kierował Laurence Marks z Northwestern University w Stanach Zjednoczonych.
Pierwsza wzmianka o elektryfikacji przez tarcie wiąże się z imieniem starożytnego greckiego filozofa Talesa z Miletu, który żył w VII-VI wieku pne. Zauważył, że futro potarte bursztynowym patyczkiem przyciąga drobinki kurzu. Nawiasem mówiąc, starożytne greckie słowo „elektron” (ἤλεκτρον) dosłownie oznacza „bursztyn”.
Do tej pory fizycy nie byli w stanie wiarygodnie ustalić, jaki mechanizm stoi za elektryfikacją przez tarcie, zwaną także w kręgach naukowych efektem tryboelektrycznym.
Nowa teoria łączy to z efektem fleksoelektrycznym. Zjawisko to występuje, gdy dielektryk podlega nierównomiernemu odkształceniu (to znaczy stopień odkształcenia jest różny w zależności od punktu), powstaje w nim różnica potencjałów. Wynika to z faktu, że ładunki elektryczne są redystrybuowane wewnątrz substancji.
Tymczasem nawet najgładsze powierzchnie w nanoskali to niewyobrażalny chaos „pasm górskich” i „zagłębień”. Podczas potarcia te drobne nierówności odkształcają się, co powinno wywołać efekt fleksoelektryczny.
Zgodnie z obliczeniami autorów występuje różnica potencjałów ± 1-10 woltów. To wystarczy, aby zapewnić elektryfikację przez tarcie.
Film promocyjny:
Model dobrze zgadza się z kilkoma typami wyników eksperymentalnych. Dlatego wyjaśnia, dlaczego przedmioty są ładowane przez tarcie, nawet jeśli są wykonane z tego samego materiału. Wyraźny staje się również nierównomierny rozkład ładunku tryboelektrycznego. Ponadto teoria doskonale przewiduje wyniki pomiarów gęstości ładunku powierzchniowego.
Dodajemy, że to odkrycie obiecuje praktyczne korzyści. W związku z tym elektryfikacja przez tarcie jest stosowana w różnych urządzeniach. W innych przypadkach wręcz przeciwnie, należy temu zapobiegać, ponieważ wypadająca iskra może spowodować pożar. Głębsze zrozumienie natury efektu pozwoli inżynierom skuteczniej go wykorzystać lub przeciwnie, się go pozbyć.
I oczywiście miło jest wiedzieć, dlaczego ukochany kot wydziela iskry (choć możliwe, że to wciąż starożytna magia kotów).
Anatoly Glyantsev