V roku 600 pred naším letopočtom si grécky filozof Thales z Milétu všimol, že keď trel kožušinu o jantár, kožušina priťahovala prach. Tento malý generovaný náboj sa stal známym ako statická elektrina, píše portál ScienceAlert.
Možno to poznáš ako praskanie a nadýchanie vlasov, keď si ich kefuješ, alebo ako silu, ktorá prilepí balón na strop po tom, čo si ho pošúchaš po hlave, no možno ťa prekvapí, že vedci sa celé stáročia neúspešne snažili zistiť, čo tento jav vlastne spôsobuje.
Konečne poznáme odpoveď
Teraz však konečne poznáme konečne odpoveď: Začiatok a koniec posuvného pohybu, ktorý produkuje statickú elektrinu, pôsobí rôznymi silami, čo vedie k rozdielu náboja medzi prednou a zadnou časťou, čo vedie k praskaniu statickej elektriny.
„Po prvý raz sme schopní vysvetliť záhadu, ktorú nikto predtým nedokázal: prečo je trenie dôležité,” hovorí vedec Laurence Marks z Northwestern University v USA.
„Ľudia sa o to pokúšali, ale nedokázali vysvetliť experimentálne výsledky bez toho, aby vytvorili domnienky, ktoré neboli opodstatnené alebo ospravedlniteľné. My teraz môžeme a odpoveď je prekvapivo jednoduchá. Stačí mať rôzne deformácie - a teda rôzne náboje - na prednej a zadnej strane niečoho, čo následne vedie k výboju.”
Statická elektrina je extrémne bežná a my vieme veľmi dobre zvládnuť podmienky, ktoré zvyšujú pravdepodobnosť jej výskytu. Keď je generovaná ako výsledok vzájomného trenia dvoch materiálov, je známa ako triboelektrika a prenos náboja medzi dvoma povrchmi je triboelektrický efekt.
Jasná zhoda
Samotný triboelektrický efekt bolo trochu ťažšie určiť. Jediná vec, ktorú sme vedeli s istotou bolo, že trenie dvoch materiálov spolu vytváralo triboelektrinu. Potom, v roku 2019, Marks a jeho kolegovia dosiahli prielom - zistili, že trenie dvoch materiálov spolu deformuje mikroskopické výčnelky na povrchoch týchto materiálov. A deformácie v povrchovej štruktúre vytvárajú napätie.
V novej štúdii, publikovanej v magazíne Nano Letters, Marks a Karl Olson z Northwestern University vyplnili zvyšok skladačky. „V roku 2019 sme mali semienko toho, čo sa dialo. Avšak, ako všetky semená, potrebovalo čas na rast,” povedal Marks .
„Teraz to rozkvitlo. Vyvinuli sme nový model, ktorý počíta elektrický prúd. Hodnoty prúdu pre celý rad rôznych prípadov boli v dobrej zhode s experimentálnymi výsledkami.” Ich výpočty a experimenty ukazujú, že koncept v srdci trenia je rozhodujúci pre generovanie statickej elektriny.
Elastický šmyk
Nazýva sa to elastický šmyk, schopnosť materiálu odolávať namáhaniu kĺzaním. Keď trieš dva materiály o seba, odolávajú pohybu a vytvárajú trenie. To je dôvod, prečo aj keď sa v ponožkách kĺžeš po vyleštenej podlahe, nakoniec sa zastavíš.
Keď sa izolačné povrchy trú o seba, elastické napätie v prednej časti tela sa líši od elastického napätia vzadu. Takže náboje a polarizácia na prednej a zadnej strane materiálu sú tiež odlišné - výsledkom je vývoj prúdu medzi dvoma rôznymi nábojmi.
Model nevysvetľuje každý aspekt triboelektriky, ale zdá sa, že rieši hlavnú časť problému. Ďalšia analýza a experimenty pomôžu vedcom zistiť jemné detaily, čo dúfajme, že povedie nielen k pochopeniu triboelektriky, ale k spôsobu, ako ju ovládať.
Prečo je to dôležité?
Existuje veľa dobrých dôvodov, prečo chcieť porozumieť statickej elektrine. Jej nahromadenie môže spôsobiť problémy vo výrobe, rovnako tak aj v prípade veterných turbín. Iskry zo statickej elektriny môžu spôsobiť požiar.
A statická elektrina môže byť čiastočne zodpovedná za celú našu existenciu – elektrostatické sily sú považované za lepidlo, ktoré spájalo úplne prvé zrnká prachu, z ktorého pred miliardami rokov vyrástla naša planéta.
„Statická elektrina ovplyvňuje život jednoduchým aj hlbokým spôsobom,” hovorí Marks. „Je úžasné, koľko aspektov našich životov sa spája so statickou elektrinou a aká veľká časť vesmíru od nej závisí,” dodal na záver.
