Nano Letters: Вот почему, гладя кошку, мы чувствуем статическое электричество

Каждый, кто гладил кошку или шаркал ногами по ковру, знает, что при трении предметов возникает статическое электричество. Учёные Северо-Западного университета выяснили, как это происходит.

Когда предмет скользит, на его переднюю и заднюю части действуют разные силы. Из-за этого на них накапливаются разные электрические заряды. Разница в зарядах создаёт ток, который приводит к легкому щелчку.

Извечный вопрос

Лоуренс Маркс из Северо-Западного университета, возглавлявший исследование, объясняет:

Мы смогли разгадать загадку трения.

Раньше учёные не могли объяснить экспериментальные результаты, так как их предположения были необоснованными. Теперь же ответ оказался удивительно простым.

Маркс — эксперт по поверхностным структурам и почётный профессор материаловедения и инженерии в Северо-Западной инженерной школе Маккормика. Первым автором статьи является Карл Олсон, аспирант из исследовательской группы Маркса.

Фалес Милетский, греческий философ, в 600 году до н. э. обнаружил статическое электричество, возникающее при трении. Он заметил, что если натереть янтарь мехом, то мех будет притягивать пыль.

Маркс отмечает, что с тех пор стало понятно: статический заряд возникает при трении во всех изоляторах. Но на этом общее понимание явления заканчивается.

Стрижка: Секрет статики

Маркс и его команда начали изучать этот вопрос в 2019 году. Они выяснили, что при трении двух материалов друг о друга на их поверхностях изгибаются крошечные выступы. Это приводит к напряжению, как обнаружили исследователи.

В 2019 году мы начали понимать суть процесса. И как любому ростку, ему нужно было время, — сказал Маркс.

Теперь у нас есть новая модель для расчёта электрического тока. Значения тока для разных случаев хорошо согласуются с экспериментами.

В основе новой модели лежит концепция «упругий сдвиг». Это явление возникает, когда материал сопротивляется скольжению. Например, если толкнуть тарелку по столу, она будет сопротивляться и не поедет дальше, как только мы перестанем её толкать.

Это дополнительное трение приводит к перемещению электрических зарядов. Как отмечает Маркс, скольжение и сдвиг тесно связаны между собой.

Почему это важно

Статическое электричество может быть не только забавным, но и опасным. Искры от него могут вызвать пожар или взрыв на производстве. Также оно мешает равномерно дозировать лекарства в виде порошков. Исследователи изучают статическое электричество, чтобы найти решение этих проблем.

Статическое электричество влияет на нашу жизнь и Вселенную. Например, оно важно для измельчения кофейных зёрен и формирования вкуса кофе. А ещё именно благодаря статическому электричеству частицы объединяются в планеты. Удивительно, как много в нашей жизни связано со статическим электричеством.

Результаты опубликованы в издании Nano Letters.

22.09.2024