ربما اكتشف العلماء في جامعة نورث وسترن لماذا يؤدي المشي على السجادة مرتديًا جواربك، أو مداعبة صديقك ذو الفراء، أو فرك بالون على شعرك إلى توليد كهرباء ساكنة. في دراسة جديدة، يقولون إنهم وجدوا أن الفرك يمكن أن يخلق تشوهات صغيرة على سطح الجسم مما يسمح بحدوث هذه الظاهرة.
لقد عرف الناس عن وجود الكهرباء الساكنة منذ آلاف السنين، ويُعتقد أن أول ملاحظة مسجلة عنها كانت على يد الفيلسوف اليوناني طاليس ميليوس في عام 600 قبل الميلاد (لاحظ طاليس أن الفراء يجذب الغبار مباشرة بعد فركه بالعنبر). منذ ذلك الحين، تعلمنا أن الكثير من الأشياء يمكن أن تسبب الكهرباء الساكنة وأنها يمكن أن تكون مفيدة للحيوانات، مثل القراد الذي يستخدم الكهرباء الساكنة لتوسيع نطاق تصارع مضيفه. لكن العلماء ظلوا في جهل بشأن العديد من الأساسيات الكامنة وراء الكهرباء الساكنة، وخاصة لماذا يحفزها الفرك في كثير من الأحيان – على الأقل، ربما حتى الآن.
وقال الباحث الرئيسي لورانس ماركس، البروفيسور الفخري لعلوم وهندسة المواد في جامعة نورث وسترن، في بيان من الجامعة: “للمرة الأولى، أصبحنا قادرين على تفسير لغز لم يتمكن أحد من تفسيره من قبل: لماذا يعتبر الفرك مهمًا”. “لقد حاول الناس، لكنهم لم يتمكنوا من تفسير النتائج التجريبية دون وضع افتراضات غير مبررة أو مبررة. يمكننا الآن ذلك، والإجابة بسيطة بشكل مدهش.
لقد شاهد معظم الناس خدعة البالون الكلاسيكية، حيث يؤدي فرك البالون على رأسك إلى توليد كهرباء ساكنة تجعل الشعر يقف منتصبًا. المبدأ الأساسي للخدعة هو أن فرك جسمين لهما خصائص فيزيائية مختلفة تمامًا يؤدي إلى فقدان أحد الجسمين (شعرنا، في هذا المثال) للإلكترونات ويصبح مشحونًا بشكل إيجابي والجسم الآخر مشحونًا بشحنة سالبة (اكتساب الإلكترونات). وعندما تلتقي الأجسام مرة أخرى، يؤدي اختلاف الشحنات إلى انجذابها لبعضها البعض، مما يؤدي إلى انتقال الإلكترونات بسرعة من أحدها إلى الآخر. تفسر هذه الحركة السريعة للإلكترونات أيضًا لماذا يمكن أن يؤدي فرك أقدامنا على السجادة ثم لمس مقبض الباب المعدني إلى حدوث صدمة صغيرة. لكن فرك قطع من نفس المادة يمكن أيضًا أن يولد شحنة ساكنة، ويبدو أن الأبحاث السابقة قد فضح تفسيرًا شائعًا لسبب حدوث ذلك (كانت الحجة هي أن هذه الشحنة يمكن أن تنشأ عن طريق فرك قطع من نفس المواد بحجمين مختلفين). .
وفي هذه الدراسة الجديدة التي نشرت الشهر الماضي في المجلة رسائل النانويقول ماركس وفريقه إنهم وجدوا آلية رئيسية أخرى لتفسير سبب تسبب الفرك في شحنات ساكنة. في عام 2019، نشروا دراسة وجدت أن مجرد فرك مادتين معًا يمكن أن يسبب تشوهات صغيرة على أسطح الأجسام، مما يولد جهدًا كهربائيًا. لكنهم اكتشفوا الآن بالضبط كيف يمكن أن يؤدي الاحتكاك إلى شحن ساكن، والذي يتأثر بوجود القص المرن، أو قدرة المادة على مقاومة الانزلاق عند التحرك على سطح ما (وهذا هو السبب في أننا نتوقف في النهاية عن الانزلاق على الأرض حتى لو عند ارتداء الجوارب). ويجادلون بأن الاحتكاك المتزايد الناجم عن القص المرن يعني أن الجزء الأمامي والخلفي من الجسم يمكن أن يكون لهما تشوهات مختلفة تحمل شحنات متعارضة، مما يسمح بعد ذلك بنشوء كهرباء ساكنة، على غرار الفرق في ضغط الهواء فوق وتحت جناح الطائرة. يسبب الرفع.
“في عام 2019، كانت لدينا بذرة ما كان يحدث. ومع ذلك، مثل جميع البذور، كانت تحتاج إلى وقت لتنمو. “والآن، لقد ازدهرت. قمنا بتطوير نموذج جديد يحسب التيار الكهربائي. وكانت قيم التيار لمجموعة من الحالات المختلفة متوافقة بشكل جيد مع النتائج التجريبية.
سيتعين على باحثين آخرين التحقق من النتائج، وعلى الرغم من أن هذه الفرضية قد تساعد في تفسير العديد من أنواع الكهرباء الساكنة، بما في ذلك النوع الناتج عن فرك نفس المادة، إلا أنها لن تفسر كل حالة. ومع ذلك، فإنه من المريح بشكل غريب أن نعرف أن العلم لديه الكثير من الألغاز الدنيوية المتبقية لحلها في محاولة فهم العالم من حولنا – وهذا يعني أن هناك دائمًا شيء جديد لتعلمه.