الکتریسیته ساکن چگونه ایجاد می‌شود؟

لارنس مارکس، دانشمند مواد از دانشگاه نورث‌وِستِرن ایالات متحده، می‌گوید: «برای نخستین بار، ما توانستیم پرده از رازی برداریم که قبلاً هیچ‌کس نمی‌توانست آن را توضیح دهد: اینکه چرا "مالش" اهمیت دارد»

به گزارش فرادید، بالاخره دانشمندان به یک پاسخ رسیده‌اند: ابتدا و انتهای حرکت لغزشی که الکتریسیته ساکن را تولید می‌کند، نیروهای مختلفی را تجربه می‌کند که منجر به اختلاف بار بین جلو و عقب و در نتیجه منجر به الکتریسیته ساکن می‌شود.

لارنس مارکس می‌گوید: «خیلی‌ها تلاش کرده‌اند، اما نتوانسته‌اند نتایج تجربی را بدون ارائه فرضیات ناموجه یا غیرقابل‌توجیه توضیح دهند. ما اکنون این توانایی را داریم و پاسخ به طرز شگفت‌آوری ساده است. داشتن دگردیسی‌های مختلف و در نتیجه بارهای مختلف در جلو و پشت چیزی که می‌لغزد، منجر به تولید جریان می‌شود.» 

الکتریسیته ساکن پدیده بسیار رایجی است و ما به خوبی از شرایطی که احتمال وقوع آن را بیشتر می‌کند آگاهیم. وقتی الکتریسیته ساکن در نتیجه مالش دو ماده به یکدیگر ایجاد شود، برق مالشی یا اصطکاکی نامیده می‌شود و انتقال بار بین دو سطح اثر برق مالشی است. 

مشخص کردن اثر برق مالشی کمی دشوارتر بوده و تنها چیزی که ما به طور حتم می‌دانستیم این بود که مالش دو ماده به هم سبب تولید برق مالشی می‌شود. 

سپس، سال ۲۰۱۹، مارکس و همکارانش در آن زمان به یک پیشرفت دست یافتند: آن‌ها دریافتند مالش دو ماده به یکدیگر، برجستگی‌های میکروسکوپی روی سطوح آن مواد را از شکل می‌اندازد. این تغییر شکل‌ها در بافت سطح، ولتاژ ایجاد می‌کنند. 

نموداری که نشان می‌دهد چگونه بافت ماده منجر به اختلاف بار می‌شود

در یک مطالعه جدید، مارکس و نخستین نویسنده، کارل اولسون از دانشگاه نورث‌وِستِرن باقی معما را حل کرده‌اند. 

مارکس در اینباره گفته: «سال ۲۰۱۹، ما بذر آنچه که در حال وقوع بود داشتیم. با این حال، مانند همه بذرها، برای رشد به زمان نیاز داشت و حالا به گل دادن رسیده است. ما مدل جدیدی توسعه دادیم که جریان الکتریکی را محاسبه می‌کند. مقادیر جریان برای طیف وسیعی از موارد مختلف، با نتایج تجربی مطابقت خوبی داشتند.» 

محاسبات و آزمایشات آن‌ها نشان می‌دهد که مفهومی که در قلب اصطکاک است برای تولید الکتریسیته ساکن بسیار مهم است و «کشش الاستیک» نامیده می‌شود، یعنی توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر فشار ناشی از لغزش. وقتی دو ماده را به هم مالش می‌دهید، آن‌ها در برابر حرکت مقاومت می‌کنند و اصطکاک ایجاد می‌کنند. به همین دلیل حتی وقتی با جوراب خود روی یک کف صیقلی سر می‌خورید، در نهایت متوقف می‌شوید. 

وقتی سطوح عایق به هم مالیده می‌شوند، کشش‌های الاستیک در جلوی بدنه با قسمت‌های عقبی فرق دارند. بنابراین بارها و قطبیدگی جلو و پشت مواد نیز فرق دارد و این امر منجر به ایجاد جریان بین دو بار مختلف می‌شود. 

این مدل تمام جنبه‌های برق مالشی را توضیح نمی‌دهد، اما به نظر می‌رسد بخش اصلی معما را حل می‌کند. تجزیه و تحلیل و آزمایش‌های بیشتر به دانشمندان کمک می‌کند جزئیات دقیقی را کشف کنند که امیدواریم نه تنها به درک برق مالشی کمک کند، بلکه به راهی برای کنترل آن منجر شود. 

دلایل خوبی برای درک الکتریسیته ساکن وجود دارند. انباشت آن می‌تواند مشکلاتی در ساخت و برای توربین‌های بادی ایجاد کند. جرقه‌های ناشی از الکتریسیته ساکن می‌توانند موجب آتش‌سوزی شوند و الکتریسیته ساکن ممکن است تا حدی مسئول کل وجود ما باشد. تصور می‌شود نیروهای الکترواستاتیک (برق ایستا) چسبی باشند که نخستین دانه‌های گرد و غباری را که میلیاردها سال پیش سیاره ما از آن رشد کرده را به هم متصل کرده‌اند. 

مارکس معتقد است: «الکتریسیته ساکن به دو روش ساده و عمیق بر زندگی اثر می‌گذارد. شگفت‌آور است که چقدر از زندگی ما تحت تأثیر الکتریسیته ساکن است و چقدر از جهان به آن وابسته است.»

مترجم: زهرا ذوالقدر