اصطکاک چگونه الکتریسیتهی ساکن تولید میکند؟
چگونه اصطکاک الکتریسیتهی ساکن تولید میکند؟
مجله علمی ایلیاد - بیشتر مردم اثر مالیدن بادکنک به موها و یا جرقه زدن پا هنگام راه رفتن بر روی فرش را تجربه کردهاند. اگرچه این تجارب مرسوم هستند، ولی درک جزئیات چگونگی رخ دادن این اتفاقات دانشمندان را بیش از ۲،۵۰۰ سال درگیر خود کرده است.
اکنون گروهی از دانشگاه شمالغربی آمریکا مدل جدیدی توسعه دادهاند که نشان میدهد چگونه مالیدن دو جسم به یکدیگر تولید الکتریسیتهی ساکن میکند. دانشمندان نشان دادهاند که این حالت تریبوالکتریک به خاطر خم شدن برجستگیهای موجود بر روی سطح مواد اتفاق میافتد. این درک جدید میتواند مفاهیم مهمی برای کاربردهای کنونی الکتریسیتهی ساکن مانند برداشت انرژی و پرینترها و همچنین برای خطرات بالقوه مانند آتشسوزی در اثر جرقههای الکتریسیتهی ساکن در بر داشته باشد. نتایج این مطالعه در مجلهی Physical Review Letters چاپ شده است.
«میلتوس» فیلسوف یونانی، برای اولین بار در ۶۰۰ سال پیش از میلاد مسیح، وجود الکتریسیتهی ساکن ناشی از اصطکاک را گزارش کرده است. وی دریافته بود که مالیدن کهربا به خز باعث میشود خز گرد و خاک را به خود جذب کند. پروفسور «لارنس مارکس» از دانشکدهی مهندسی مککورنیک دانشگاه شمالغربی، میگوید: «از آن زمان تا کنون ثابت شده است که بار ناشی از اصطکاک در همهی انواع عایقها نیز تولید میشود و مختص خز نیست.»
در مقیاسها نانو، همهی مواد دارای سطوح ناصاف هستند که برجستگیهای بیشماری بر روی آنها وجود دارد. وقتی دو ماده به یکدیگر مالیده میشوند، این برجستگیها خم میشوند و شکل آنها تغییر میکند. گروه مارکس و همکارانش دریافتند که این تغییر شکل باعث ایجاد ولتاژی میشود که در نهایت بارهای ساکن تولید میکند. این پدیده «اثر فلکسوالکتریک» نامگذاری شده است و زمانی رخ میدهد که بار الکتریکی در اثر تغییر شکلی مانند خم شدن ایجاد میشود.
تیم محققین با استفاده از یک مدل ساده نشان دادند که ولتاژ ایجاد شده در اثر خمیده شدن برجستگیها به اندازهای هست که بتواند ایجاد بار الکتریکی ساکن کند. مارکس میگوید: «یافتههای ما نشان میدهد که تریبوالکتریک، فلکسوالکتریک و اصطکاک با هم مرتبط هستند. این کار بینش ما را نسبت به عملکرد تریبوالکتریکها برای کاربردهای کنونی و گسترش کاربردهای آن در تکنولوژیهای جدید بیشتر میکند. کار ما نمونهی بزرگی از این واقعیت است که چگونه تحقیقات پایهای میتواند پدیدههای روزمره را شرح دهد و چگونه تحقیقات در یک زمینه میتواند منافع زیادی برای دیگر رشتهها داشته باشد.»