Yün çoraplarla bir halı üzerinde yürürseniz, dokunduğunuz bir sonraki kapı tokasının sizi bir kıvılcımla şaşırtması için oldukça iyi bir şans var. Statik elektrik o kadar yaygındır ki ne kadar garip olduğunu unutmak kolaydır.
Ama bu kıvılcımlarla karşılaştığınızda gerçekte ne oluyor?
Eski Yunan filozofu ve matematikçi Milet'in Thales'ı M.Ö. altıncı yüzyılda statik elektriği tanımlayan ilk kişilerdi, ancak bilim adamları on yıllardır bu temel soruyu cevaplamak için mücadele ettiler. Bununla birlikte, nano ölçekte çalışan araştırmacılar, iki yüzeyin birbirine sürtünmesinin neden bir şoka yol açabileceğini anlamak için ileriye doğru büyük bir adım attılar.
Bir yüzey ne kadar pürüzsüz görünürse görünsün, yeterince yakınlaştırdığınızda çarpma ve çukurlar göreceksiniz. Bilim adamları bu kusurlara "aptallık" diyorlar. Balonlardan yün veya saç gibi liflere kadar her yüzey mikroskopik ataklarla kaplıdır. Illinois, Evanston'daki Northwestern Üniversitesi'nde malzeme bilimi ve mühendisliğinde doktora adayı Christopher Mizzi, bu özelliklerin statik elektrik üretmekten sorumlu olduğunu söyledi.
Eylül ayında Fiziksel İnceleme Mektupları dergisinde yayınlanan bir çalışmada Mizzi ve ortak yazarları, günlük nesneler üzerindeki görünmez kusurları Dünya yüzeyiyle karşılaştırdı. Mizzi, Dünya'ya uzaktan bakarsanız, gezegen "mükemmel bir küre gibi çok pürüzsüz görünüyor" dedi. Bununla birlikte, biliyoruz ki, gerçekte Dünya pürüzsüz olmaktan uzaktır, ancak bunu görmek için ona yakından bakmanız gerekir. Sadece "yeterince yakınlaştırdığınızda dağlar ve tepeler olduğunu fark ederseniz" dedi. Benzer şekilde, tanıdık nesneler yakından bakılana kadar pürüzsüz görünür.
İki nesnenin yüzeyi birbirine sürtünce, kıvamları birbirine sürtünerek sürtünme yaratır. Bilim adamları uzun süredir sürtünmenin statik elektrikte rol oynadığını biliyorlar. (Aslında, statik elektrik, triboelektriklik için bilimsel terim, sürtünme çalışması olan triboloji ile bir kökü paylaşır.)
Yeni çalışmada Mizzi ve yardımcı yazarları, sürtünmeye neden olan kusurların elektrik yükünde şok edici bir farka neden olduğunu gösterdi.
Statik elektrik hakkında alışılmadık bir şey, yalıtkanlar olarak bilinen elektrik kısıtlayıcı malzemeler kullanarak üretmenin en kolay olmasıdır; bunlar arasında kauçuk, yün ve saç bulunur. Mevcut elektrikte - telefonları, ışıkları ve neredeyse tüm diğer elektroniği besleyen günlük elektrik formu - elektronlar, bakır tel gibi iletken malzemelerdeki atomlar arasında akarak akımlar oluşturur. Ancak izolatörlerin atomları elektronların kolayca gelip gitmesine izin vermez; elektron akışını engelleyerek isimlerini kazanırlar.
Mizzi ve meslektaşları, izolatörlerdeki pürüzler birbirine sürtünüp elektron bulutlarına müdahale ettiğinde statik elektriğin üretildiğini keşfetti. İzolatörlerdeki elektronlar kolayca hareket edemediğinden, o sürtünme elektron bulutlarını şekilden bükebilir.
Bu malzemelerde, atomların etrafındaki elektron bulutu genellikle simetriktir. Bu bulutlara baktığınızda, "aşağıdan, sağdan sola anlatamazsınız" dedi Mizzi.
Ancak bu elektron bulutunu sıkarsanız, deforme olur ve asimetrik hale gelir. Doğru koşullar altında, bu yeni şekil gerilimi malzemeye eşit olmayan bir şekilde dağıtabilir.
Bunun halıdaki yün çoraplarla ne ilgisi var? Bu tür ayakkabılarda yürürken, vücudunuzun ağırlığının ve uzunlamasına hareketinizin kombinasyonu, çoraplarınızdaki liflerin halıdaki liflere karşı kaymasına neden olur. İki malzeme bu şekilde birbirine sürtünürse, bir yüzeydeki tümsekler karşı yüzeydeki pürüzler boyunca sürüklenerek bükülmelerine neden olur. Bu bükülme meydana geldiğinde, asperiteleri oluşturan atomlardaki elektron bulutları asimetrik şekillere sıkışır ve voltajda çok çok küçük bir fark yaratır.
Küçük olmasına rağmen, voltajdaki bu değişiklikler toplanır. Asperiteler o kadar çoktur ki, elektron bulutlarının ezilmesi, önemli bir statik elektrik birikmesine neden olur - bir kapı tokmağına dokunduğunuzda veya birinin elini sıktığınızda hissetmeniz için yeterince güçlüdür.
Statik elektriğin bu yeni anlaşılması, giyilebilir cihazları şarj etmek için sürtünme kaynaklı güç üreten kumaşlar geliştiren ve ürünleri daha verimli hale getirebilecek kumaşlar geliştiren bilim adamlarını etkileyebilir. Ve hangi malzemelerin statik elektriği kolayca üretemediğini daha iyi anlayarak, mühendisler daha güvenli üretim ortamları oluşturmak için çalışabilirler, örneğin, birbirlerine sürtünerek yangınları kırabilecek toz parçacıklarını ortadan kaldırarak.
Mizzi, "Bir modeliniz olduğunda tahminler yapmaya başlayabilirsiniz." Dedi.
