Гладим кошек, или Как работает статическое электричество?
Невероятно, но только сейчас впервые ученые раскрыли механизмы, которые действуют, когда трение о поверхность создает электрический ток, что было впервые зафиксировано в 600 г. до н. э., но до сих пор не было полностью понято. И хотя кошки не являются главными виновниками создания этого статического электричества, их шерсть является идеальным проводником.
Под катом!
Исследователи из Северо-Западного университета работали над неуловимой загадкой того, как работает статическое электричество, более полувека, и предварительный прорыв был совершен в 2019 году. В предыдущем исследовании они обнаружили, что наноразмерные деформации в области поверхности объектов и процесс скольжения объекта по этой поверхности играют ключевую роль в создании электрических зарядов.
Теперь они обнаружили, что из-за этих деформаций в процессе скольжения одного объекта по другому, например, руки при поглаживании кошки, накапливаются различные электрические заряды. И этого тока достаточно, чтобы вызвать этот вызванный статическим электричеством «разряд», когда заряженный объект встречается с другой поверхностью, особенно в условиях низкой влажности.
«Впервые мы можем объяснить тайну, которую никто не мог объяснить раньше: почему трение имеет значение», — сказал ведущий исследователь Лоуренс Маркс, профессор материаловедения и инженерии в Северо-Западном университете. «Люди пытались, но не могли объяснить экспериментальные результаты, не делая предположений, которые не были оправданы или оправданы. Теперь мы можем, и ответ на удивление прост. Просто наличие разных деформаций — и, следовательно, разных зарядов — спереди и сзади чего-то скользящего приводит к возникновению тока».
Впервые это явление, насколько свидетельствуют записи, наблюдал греческий философ Фалес Милетский, который в 600 году до н. э. писал о статическом электричестве, создаваемом при натирании янтаря мехом, который затем притягивал пыль.
«С тех пор стало ясно, что трение вызывает статический заряд во всех изоляторах, а не только в мехе», — сказал Маркс. «Однако на этом научный консенсус более или менее закончился».
В ходе своего исследования 2019 года команда Северо-Западного университета создала модель, которая измеряет электрические токи, вызванные трением, которое они называют «упругим сдвигом». По сути, заряд связан с силой и трением — как гласит третий закон физики Ньютона — и тем, как заряды смещаются в этом процессе. Когда материалы с этими наномасштабными деформациями трутся друг о друга, они создают этот статический заряд спереди назад, который приводит к накоплению тока.
Хотя раскрытие сложного механизма, вызывающего статическое электричество, может и не предотвратить неприятные «удары», которые возникают, когда человек неосознанно заряжает руку, поглаживая кошку, исследователи утверждают, что понимание этого процесса может помочь предотвратить серьезные события, такие как пожары и взрывы в промышленных масштабах.
«Статическое электричество влияет на жизнь как простыми, так и глубокими способами», — сказал Маркс. «Зарядка зерен статическим электричеством оказывает большое влияние на то, как измельчаются и на вкус кофейные зерна. Земля, вероятно, не была бы планетой без ключевого шага в слипании частиц, которые формируют планеты, что происходит из-за статического электричества, генерируемого сталкивающимися зернами. Удивительно, как много в нашей жизни затронуто статическим электричеством и как много во вселенной зависит от него».
На практическом уровне существует несколько решений для минимизации статического электричества, например, выбор натуральных волокон, хождение босиком и увеличение влажности в помещении, поскольку относительная влажность ниже 40% имеет тенденцию повышать проводимость этого процесса «упругого сдвига». Если вы обнаружите, что получаете удары током от своей кошки, особенно зимой, вы даже можете противодействовать заряду, сначала погладив ее влажной тканью, однако, возможно, небольшой удар током — лучшее из двух зол. К сожалению, шерсть кошки является отличным источником электростатического заряда.
По крайней мере теперь мы знаем почему.
«Поляризация и связанные с ней заряды спереди и сзади не одинаковы, и разница между ними приводит к возникновению тока, аналогичного разнице давления воздуха над и под крылом самолета, приводящей к возникновению подъемной силы», — пояснили исследователи в своем исследовании.
Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.
Под катом!
Исследователи из Северо-Западного университета работали над неуловимой загадкой того, как работает статическое электричество, более полувека, и предварительный прорыв был совершен в 2019 году. В предыдущем исследовании они обнаружили, что наноразмерные деформации в области поверхности объектов и процесс скольжения объекта по этой поверхности играют ключевую роль в создании электрических зарядов.
Теперь они обнаружили, что из-за этих деформаций в процессе скольжения одного объекта по другому, например, руки при поглаживании кошки, накапливаются различные электрические заряды. И этого тока достаточно, чтобы вызвать этот вызванный статическим электричеством «разряд», когда заряженный объект встречается с другой поверхностью, особенно в условиях низкой влажности.
«Впервые мы можем объяснить тайну, которую никто не мог объяснить раньше: почему трение имеет значение», — сказал ведущий исследователь Лоуренс Маркс, профессор материаловедения и инженерии в Северо-Западном университете. «Люди пытались, но не могли объяснить экспериментальные результаты, не делая предположений, которые не были оправданы или оправданы. Теперь мы можем, и ответ на удивление прост. Просто наличие разных деформаций — и, следовательно, разных зарядов — спереди и сзади чего-то скользящего приводит к возникновению тока».
Впервые это явление, насколько свидетельствуют записи, наблюдал греческий философ Фалес Милетский, который в 600 году до н. э. писал о статическом электричестве, создаваемом при натирании янтаря мехом, который затем притягивал пыль.
«С тех пор стало ясно, что трение вызывает статический заряд во всех изоляторах, а не только в мехе», — сказал Маркс. «Однако на этом научный консенсус более или менее закончился».
В ходе своего исследования 2019 года команда Северо-Западного университета создала модель, которая измеряет электрические токи, вызванные трением, которое они называют «упругим сдвигом». По сути, заряд связан с силой и трением — как гласит третий закон физики Ньютона — и тем, как заряды смещаются в этом процессе. Когда материалы с этими наномасштабными деформациями трутся друг о друга, они создают этот статический заряд спереди назад, который приводит к накоплению тока.
Хотя раскрытие сложного механизма, вызывающего статическое электричество, может и не предотвратить неприятные «удары», которые возникают, когда человек неосознанно заряжает руку, поглаживая кошку, исследователи утверждают, что понимание этого процесса может помочь предотвратить серьезные события, такие как пожары и взрывы в промышленных масштабах.
«Статическое электричество влияет на жизнь как простыми, так и глубокими способами», — сказал Маркс. «Зарядка зерен статическим электричеством оказывает большое влияние на то, как измельчаются и на вкус кофейные зерна. Земля, вероятно, не была бы планетой без ключевого шага в слипании частиц, которые формируют планеты, что происходит из-за статического электричества, генерируемого сталкивающимися зернами. Удивительно, как много в нашей жизни затронуто статическим электричеством и как много во вселенной зависит от него».
На практическом уровне существует несколько решений для минимизации статического электричества, например, выбор натуральных волокон, хождение босиком и увеличение влажности в помещении, поскольку относительная влажность ниже 40% имеет тенденцию повышать проводимость этого процесса «упругого сдвига». Если вы обнаружите, что получаете удары током от своей кошки, особенно зимой, вы даже можете противодействовать заряду, сначала погладив ее влажной тканью, однако, возможно, небольшой удар током — лучшее из двух зол. К сожалению, шерсть кошки является отличным источником электростатического заряда.
По крайней мере теперь мы знаем почему.
«Поляризация и связанные с ней заряды спереди и сзади не одинаковы, и разница между ними приводит к возникновению тока, аналогичного разнице давления воздуха над и под крылом самолета, приводящей к возникновению подъемной силы», — пояснили исследователи в своем исследовании.
Исследование опубликовано в журнале Nano Letters.
