Godine 600. pr. Kr., grčki filozof Tales iz Mileta primijetio je da kada trlja krzno o jantar, krzno privlači prašinu. Taj generirani maleni naboj postao je poznat kao statički elektricitet.

Možda ga poznajete kao pucketanje vaše kose kada je češljate ili u vidu sile koja zalijepi balon za strop nakon što ga protrljate po glavi, ali znanstvenici pokušavaju doći do suštine onoga što stvara ovaj fenomen stoljećima.

Sada konačno imamo odgovor: početak i kraj kliznog pokreta koje proizvodi statički elektricitet doživljava različite jačine sila – što rezultira razlikom naboja između prednje i stražnje strane. I otud dolazi – pucketanje statičkog elektriciteta.

“Prvi put smo u mogućnosti objasniti misterij koji nitko prije nije mogao: zašto je trljanje krucijalno”, kaže znanstvenica za materijale Laurence Marks sa Sveučilišta Northwestern u SAD-u.

Triboelektrični elektricitet

“Ljudi su pokušali, ali nisu mogli objasniti eksperimentalne rezultate bez donošenja pretpostavki. Sada možemo, a odgovor je iznenađujuće jednostavan. Samo postojanje različitih deformacija – a time i različitih naboja – na prednjoj i stražnjoj strani nečega klizajućeg dovodi do struje.”

Statički elektricitet je vrlo čest, a mi vrlo dobro poznajemo uvjete koji ga čine vjerojatnijim. Kada nastaje kao rezultat trljanja dvaju materijala, poznat je kao triboelektricitet, a prijenos naboja između dviju površina je triboelektrični efekt, piše Science Alert.

Sam triboelektrični efekt bilo je malo teže odrediti. Jedina stvar koju smo pouzdano znali je da trljanje dva materijala zajedno proizvodi triboelektricitet.

Deformacije teksture stvaraju napon

Zatim, 2019. godine, Marks i njegovi tadašnji kolege napravili su znanstveni proboj: otkrili su da trljanje dvaju materijala deformira mikroskopske izbočine na površinama tih materijala. Deformacije teksture površine stvaraju napon.

U novom radu, Marks i prvi autor Karl Olson sa Sveučilišta Northwestern popunili su ostatak slagalice.

“U 2019. imali smo naznaku onoga što se događa. Sada smo razvili novi model koji izračunava električnu struju. Vrijednosti struje za niz različitih slučajeva dobro su se slagale s eksperimentalnim rezultatima.”

Elastično smicanje

Njihovi izračuni i eksperimenti pokazuju da je koncept trenja ključan za stvaranje statičkog elektriciteta. To se zove elastično smicanje, sposobnost materijala da izdrži naprezanje klizanja. Kada trljate dva materijala jedan o drugi, oni se opiru kretanju, stvarajući trenje. Zbog toga, čak i kada u čarapama klizite po ulaštenom podu, na kraju se zaustavite.

Kada se izolacijske površine trljaju jedna o drugu, elastična naprezanja na prednjem dijelu tijela razlikuju se od onih na stražnjoj strani. Dakle, naboji i polarizacija na prednjoj i stražnjoj strani materijala također su različiti – što rezultira razvojem struje između dva različita naboja.

Model ne objašnjava svaki aspekt triboelektriciteta, ali čini se da rješava glavni dio problema. Daljnje analize i eksperimenti pomoći će znanstvenicima da otkriju sitne detalje, što će, nadamo se, dovesti ne samo do razumijevanja triboelektriciteta, već i do načina da se njime upravlja.

Zašto ga želimo razumjeti?

Postoji mnogo dobrih razloga da želite razumjeti statički elektricitet.

Njegovo nakupljanje može stvoriti probleme u proizvodnji i za vjetroturbine. Iskre od statičkog elektriciteta mogu izazvati požar. A statički elektricitet može biti djelomično odgovoran za naše cjelokupno postojanje – smatra se da su elektrostatske sile ljepilo koje je vezalo prva zrnca prašine iz kojih je izrastao naš planet, prije nekoliko milijardi godina.

“Statički elektricitet utječe na život na jednostavan i dubok način”, kaže Marks. “Nevjerojatno je koliko je naših života dotaknuto statičkim elektricitetom i koliko svemira ovisi o njemu.”