راز هزاران ساله «الکتریسیته ساکن» بالاخره کشف شد_صبح سریع

در سال ۶۰۰ قبل از میلاد، «تالس» فیلسوف یونانی فهمید شد که هنگامی خز را روی کهربا می‌مالد، خز گرد و غبار را به خود جذب می‌کند.

این بار اندک تشکیل شده به گفتن «الکتریسیته ساکن» شناخته می‌شود.

شما امکان پذیر آن را به گفتن صدای ریز ترقه‌مانندی که از بین موها در زمان شانه زدن می‌آید یا نیرویی که یک بادکنک را بعد از مالیدن آن به موهای سر به سقف می‌چسباند، بشناسید، اما دانشمندان برای قرن‌ها مدام در تلاش بوده‌اند تا به علت آن پی ببرند و دریابند که چه چیزی این اتفاق را تشکیل می‌کند.

اکنون ما بالاخره به یک جواب رسیده‌ایم. ابتدا و انتهای حرکت لغزشی که الکتریسیته ساکن را تشکیل می‌کند، نیروهای مختلفی را توانایی می‌کند که تبدیل اختلاف بار بین جلو و عقب می‌شود و این چنین جهت صدای ترقه‌همانند الکتریسیته ساکن می‌شود.

لارنس مارکس(Laurence Marks) دانشمند مواد از دانشگاه نورث وسترن در ایالات متحده می‌گوید: ما برای اولین بار قادر به توضیح رازی هستیم که قبلاً هیچ کس نمی‌توانست آن را توضیح دهد.

او گفت: دانشمندان قبلا تلاش کرده‌اند، اما نتوانسته‌اند نتایج تجربی را بدون اراعه فرضیاتی توضیح دهند که موجه یا قابل توجیه باشند. ما اکنون می‌توانیم و جواب آن به نحوه شگفت‌آوری ساده است. فقط داشتن تحول شکل‌های گوناگون و بارهای گوناگون در جلو و پشت یک چیز حاصل از لغزش تبدیل جریان الکتریکی می‌شود.

الکتریسیته ساکن زیاد رایج است و ما اکنون در شرایطی که گمان وقوع آن را زیاد تر می‌کند، کنترل زیاد خوبی داریم. هنگامی که الکتریسیته ساکن در نتیجه مالش دو ماده به یکدیگر تشکیل می‌شود، به گفتن تریبوالکتریک(triboelectricity) شناخته می‌شود و انتقال بار بین دو سطح نیز «تاثییر تریبوالکتریک»(triboelectric effect) نامیده می‌شود.

تعیین تاثییر تریبوالکتریک مقداری دشوارتر بوده است. تنها چیزی که ما به طور قاطق می‌دانستیم این می بود که مالش دو ماده با هم علتتولید تریبوالکتریک می‌شود.

سپس در سال ۲۰۱۹، مارکس و همکارانش به پیشرفتی دست اشکار کردند و دریافتند که مالش دو ماده به یکدیگر، برجستگی‌های میکروسکوپی روی سطوح آن مواد را تحول شکل می‌دهد و این تحول شکل در بافت سطح، ولتاژ تشکیل می‌کند.

اکنون در یک کار تازه، مارکس و همکارش کارل اولسون(Karl Olson) از دانشگاه نورث وسترن بقیه این پازل را چیده‌اند.

مارکس می‌گوید: در سال ۲۰۱۹ ما بذر آنچه را که در حال وقوع می بود، کاشتیم. با این حال همانند همه بذرها برای رشد به زمان نیاز داشت. ما یک مدل تازه گسترش دادیم که جریان الکتریکی را محاسبه می‌کند. مقادیر جریان برای طیف وسیعی از موارد گوناگون با نتایج تجربی مطابقت خوبی داشت.

محاسبات و آزمایشات آنها مشخص می کند که مفهوم نهفته در قلب اصطکاک برای تشکیل الکتریسیته ساکن زیاد مهم است که برش الاستیک(elastic shear) نامیده می‌شود و توانایی یک ماده را برای مقاومت در برابر سختی ناشی از لغزش توصیف می‌کند.

هنگامی که دو ماده را به هم مالش می‌دهید، آنها در برابر حرکت مقاومت می‌کنند و اصطکاک تشکیل می‌کنند. به همین علت است که حتی هنگامی با جوراب خود روی یک سطح صاف و صیقلی می‌لغزید، در نهایت متوقف می‌شوید.

هنگامی که سطوح عایق به هم ساییده خواهد شد، کشش‌های الاستیک در جلوی بدنه با تکه‌های پشتی متفاوت است. به این علت چندین دفعه و پلاریزاسیون در جلو و پشت مواد نیز متفاوت است که تبدیل تشکیل یک جریان بین دو بار گوناگون می‌شود.

این مدل همه جنبه‌های تریبوالکتریکی را توضیح نمی‌دهد، اما به نظر می‌رسد قسمت مهم مشکل را حل می‌کند. تجزیه و تحلیل و آزمایش‌های زیاد تر به دانشمندان پشتیبانی می‌کند تا جزئیات دقیق را کشف کنند که امیدواریم نه تنها به فهمیدن تریبوالکتریک، بلکه راهی برای کنترل آن منجر شود.

دلایل خوبی برای شناخت زیاد تر از الکتریسیته ساکن وجود دارد. تشکیل آن می‌تواند مشکلاتی را در ساخت و توربین‌های بادی تشکیل کند، چرا که جرقه‌های ناشی از الکتریسیته ساکن می‌توانند علتآتش‌سوزی شوند.

این چنین الکتریسیته ساکن امکان پذیر تا حدی مسئول مبنا وجودی ما باشد، چرا که فکر می‌شود میلیاردها سال پیش نیروهای الکترواستاتیک به همانند چسبی که اولین دانه‌های گرد و غبار را که سیاره ما از آن رشد کرده است، به هم متصل کرده‌اند.

مارکس می‌گوید: الکتریسیته ساکن به دو روش ساده و عمیق بر زندگی تأثیر می‌گذارد. شگفت انگیز است که چه مقدار از زندگی ما تحت تأثیر الکتریسیته ساکن است و چه مقدار از جهان به آن وابسته است.

این پژوهش در مجله Nano Letters انتشار شده است.