Ако идете преко тепиха у вуненим чарапама, постоји прилично добра шанса да вас следећа квака на вратима изненади искром. Статички електрицитет је толико уобичајен да је лако заборавити колико је чудан.
Али шта се заправо догађа када наиђете на те искре?
Древни грчки филозоф и математичар Талес из Милета први је описао статички електрицитет у шестом веку пре нове ере, али научници су се деценијама борили да одговоре на то основно питање. Међутим, истраживачи који раде на наносовини управо су направили огроман корак напред у потрази за разумевањем зашто трљање две површине заједно може довести до шока.
Без обзира колико глатка површина изгледала, кад зумирате довољно близу, приметићете избочине и удубине. Научници називају ове несавршености "асперитетима". Свака површина, од балона до влакана попут вуне или косе, прекривена је микроскопским асперитетима. А ове карактеристике су одговорне за производњу статичког електрицитета, рекао је Цхристопхер Миззи, докторски кандидат за науку о материјалу и инжењерство на Универзитету Северозападњак у Еванстону у држави Илиноис.
У студији објављеној у септембру у часопису Пхисицал Ревиев Леттерс, Миззи и његови коаутори упоредили су невидљиве несавршености свакодневних објеката са површином Земље. Ако Земљу посматрате издалека, планета "изгледа врло глатко, као савршена сфера", рекла је Миззи. Знамо, међутим, да је у стварности Земља далеко од глатке, али морате то пажљиво сагледати. Тек када "зумирате довољно далеко, приметите да постоје планине и брда", рекао је. Слично томе, познати предмети изгледају глатко док се не гледају изблиза.
Када се површине два предмета трљају један о други, њихове се асперитети стрше, стварајући трење. Научници већ дуже време знају да трење игра улогу у статичком електрицитету. (У ствари, научни термин за статички електрицитет, трибоелектричност, дели корен са трибологијом, а то је студија трења.)
У новој студији, Миззи и његови коаутори су показали како разлике које узрокују трење такође узрокују шокантну разлику у електричном набоју.
Нешто необично у статичком електрицитету је то што га је најлакше произвести користећи материјале који ограничавају струју и називају се изолатори; ту спадају гума, вуна и коса. У тренутној електричној енергији - свакодневном облику електричне енергије који покреће телефоне, светла и скоро сву другу електронику - електрони стварају струју протоком кроз атоме у проводљивим материјалима, попут бакрене жице. Али атоми изолатора не дозвољавају да електрони лако долазе и одлазе; своје име добивају инхибирањем протока електрона.
Миззи и његове колеге открили су да се статички електрицитет производи када се асперитети изолатора трљају један о други и интерферирају са облацима електрона. Будући да се електрони у изолаторима не могу лако кретати, то трљање може савити облаке електрона из облика.
У тим материјалима облак електрона око атома је обично симетричан. Када гледате ове облаке, "не можете да се кажете одоздо, лево надесно", рекао је Миззи.
Али ако стиснете тај облак електрона, деформише се, постајући асиметричан. Под правим околностима, овај нови облик може дистрибуирати напон неравномерно по материјалу, објаснио је Миззи.
Какве то везе има са вуненим чарапама на тепиху? Док ходате у таквој обући, комбинација тежине тела и вашег наглог покрета узрокује да влакна у вашим чарапама клизе ка влакнима у тепиху. Када се два материјала овако трљају један о други, ударци на једној површини повуку се дуж неравнина на супротној површини, услед чега се савијају. Када се ово савијање догоди, електрони се облаци у атомима који чине асперитиви претапају у асиметричне облике, изазивајући врло, врло малу разлику у напону.
Иако су мале, ове промене напона сабирају се. Асперитети су толико бројни да шкљоцање електронских облака узрокује значајно накупљање статичког електрицитета - довољно снажног да га осјетите када додирнете кваку или стиснете нечију руку.
Ова нова спознаја статичког електрицитета могла би утицати на научнике који развијају тканине које производе снагу трења за пуњење носивих уређаја, што би могло да учини производе ефикаснијим. А с бољим разумевањем који материјали не стварају статички електрицитет лако, инжењери могу радити на стварању сигурнијег производног окружења, на пример елиминишући честице прашине које могу изазвати пожар трљањем једни о друге.
"Када имате модел, можете да почнете са предвиђањима", рекао је Миззи.
