אנחנו יודעים על תופעת החשמל הסטטי לפחות מימיו של אריסטו. אריסטו נתן קרדיט לזכותו של עמיתו הפילוסוף תאלס איש מילטוס, שחי בין 640 ל-546 לפנה"ס, עם התגלית שענבר לוכד חתיכות של עשב מיובש לאחר שפשוף שלו עם מטלית.
במשך זמן רב מאד, לא הושגה התקדמות אמיתית בגילוי מה זה, או איך זה עובד. בנג'מין פרנקלין עשה קצת התקדמות בתחום על ידי שפשוף שעווה וצמר יחד, תוך הגדרת המטען החיובי כמטען שנרכש על ידי הצמר המשפשף והמטען השלילי, המטען הקשור לשעווה המשופשפת.
בעוד שהעולם בהחלט מעריך את כל השיפשופים של פרנקלין, הבנתו את הנושא כללה חילופי נוזלים, וזה לא מה שבאמת קורה בייצור המטען החיובי והשלילי. אבל עכשיו, הודות לצוות שמידל מטען סטטי בקנה מידה ננו, אנחנו סוף סוף יודעים מה קורה, ומדוע שפשוף מייצר יותר חשמל סטטי ממגע או גלגול.
"לראשונה, אנחנו מסוגלים להסביר תעלומה שאף אחד לא יכול היה לפני כן: למה חשוב לשפשף", אמר לורנס מרקס (Laurence Marks) מאוניברסיטת נורת'ווסטרן, שהוביל את המחקר, בהצהרה. "אנשים ניסו, אבל הם לא יכלו להסביר את תוצאות הניסוי מבלי להניח הנחות שאינן צודקות או מוצדקות. עכשיו אנחנו יכולים, והתשובה פשוטה באופן מפתיע. רק כשיש דפורמציות שונות - ולכן מטענים שונים - בחלק הקדמי והאחורי של משהו החלקה מובילה לזרם".
המודל שנוצר על ידי הצוות קשור ל"אלסטיות הגזירה", כאשר חומר מתנגד לכוח מחליק. חשבו על החלקת צלחת על פני שולחן. כאשר אתם מפסיקים לדחוף, הצלחת תיעצר במהירות, והתנגדות זו להחלקה היא שגורמת למטענים החשמליים לנוע.
"המודל מסביר זרמים טריבואלקטרים במהלך החלקה שהם תוצאה של כוחות משיקים שמפרים את סימטריית המגע", מסביר הצוות במאמרם. "מטענים קשורים עקב פלקסואלקטריות (flexoelectricity), מה שאומר שתזוזות פוטנציאל פנימיות ופוטנציאל דפורמציה מופצים בצורה א-סימטרית ומפוצים על ידי מטענים חופשיים המעורבים בהעברת מטען. בשילוב עם תנועת החלקה, זה מוביל לזרם".
באופן מכריע, מודל זה יכול להיות מיושם על חומרים שונים, שכן "הפיזיקה הבסיסית של מטענים קשורים אלקטרו-מכאניים המובילים לטריבואלקטריות חלה באופן כללי, ללא קשר אם הם נוצרים על ידי פלקסואלקטריות, פיאזואלקטריות או עיקום רמות אנרגיה (band bending) אחר".
אמנם אתם עשויים לשייך חשמל סטטי בעיקר לחישמול על ידי ילד שזה עתה יצא מסוחרר מטירה מתנפחת, אבל עבור אחרים הבעיה יכולה להיות הרבה יותר חמורה, ולהוביל לשריפות תעשייתיות ואף להפריע למינון של תרופות בצורת אבקה. עם הבנה טובה יותר, זה יכול להיות אפשרי לצמצם את הבעיות האלה, או אפילו למצוא כמה שימושים חדשים ומהנים לחשמל סטטי.
"חשמל סטטי משפיע על החיים בדרכים פשוטות ועמוקות כאחד", הוסיף מרקס. "לטעינת דגנים בחשמל סטטי יש השפעה גדולה על האופן שבו פולי הקפה נטחנים ועל טעמם. כדור הארץ הוא כנראה לא כוכב לכת ללא שלב מרכזי של התקבצות של חלקיקים היוצרים כוכבי לכת, המתרחשת בגלל החשמל הסטטי שנוצר מגרגרים מתנגשים. זה מדהים כמה מחיינו נוגעים בחשמל סטטי וכמה מהיקום תלוי בו".
ועכשיו אנחנו יודעים למה שפשוף כל כך חשוב לתהליך.
מקורות:
קטעים מ- What Puts the “Tribo” in Triboelectricity מאת ACS Publications שנכתב ע"י: Karl P. Olson and Laurence D. Marks.
קטעים מ- Thousands Of Years After Discovering Static Electricity We Finally Know How It Works מאת IFLScience שנכתב ע"י: James Felton.
קטעים מ- After 2,600 years, we finally know how static electricity really works מאת Popular Science שנכתב ע"י: Andrew Paul.
Comments