Sinds de oudheid is het bekend dat kleine objecten na wrijving tot elkaar worden aangetrokken of, omgekeerd, worden afgestoten. Eeuwen geleden ontdekten wetenschappers dat elektrische ladingen verantwoordelijk waren. Maar natuurkundigen maken nog steeds ruzie over waarom wrijvende lichamen worden opgeladen. Maar onlangs hebben experts eindelijk het antwoord gevonden.
De nieuwe versie, die uitstekend aansluit bij de experimentele data, wordt beschreven in een wetenschappelijk artikel dat geaccepteerd is voor publicatie in het tijdschrift Physical Review Letters. Ondertussen kunt u vertrouwd raken met de voordruk ervan. Het onderzoek werd geleid door Laurence Marks van Northwestern University in de Verenigde Staten.
De eerste vermelding van elektrificatie door wrijving wordt geassocieerd met de naam van de oude Griekse filosoof Thales van Milete, die leefde in de 7e-6e eeuw voor Christus. Hij merkte op dat de vacht, ingewreven met een amberkleurige stok, stofdeeltjes aantrekt. Het oud-Griekse woord "elektron" (ἤλεκτρον) betekent trouwens letterlijk "amber".
Tot nu toe zijn natuurkundigen niet in staat geweest om op betrouwbare wijze vast te stellen welk mechanisme achter de elektrificatie door wrijving zit, ook wel het tribo-elektrische effect genoemd in wetenschappelijke kringen.
De nieuwe theorie koppelt het aan het flexo-elektrische effect. Dit fenomeen doet zich voor wanneer een diëlektricum wordt onderworpen aan ongelijke vervorming (dat wil zeggen, de mate van vervorming varieert van punt tot punt), er ontstaat een potentiaalverschil in. Dit komt door het feit dat elektrische ladingen binnen de stof worden herverdeeld.
Ondertussen zijn zelfs de meest gladde oppervlakken op nanoschaal een onvoorstelbare chaos van "bergketens" en "depressies". Bij wrijven vervormen deze kleine onregelmatigheden, wat een flexo-elektrisch effect zou moeten veroorzaken.
Volgens de berekeningen van de auteurs treedt een potentiaalverschil op van ± 1-10 volt. Dit is voldoende om te zorgen voor elektrificatie door wrijving.
Promotie video:
Het model komt goed overeen met verschillende soorten experimentele resultaten. Dus legt ze uit waarom objecten worden opgeladen door wrijving, zelfs als ze van hetzelfde materiaal zijn gemaakt. De niet-uniforme verdeling van de tribo-elektrische lading wordt ook duidelijk. Bovendien voorspelt de theorie perfect de resultaten van metingen van de oppervlakteladingsdichtheid.
We voegen eraan toe dat deze ontdekking praktische voordelen belooft. Aldus wordt elektrificatie door wrijving in verschillende apparaten gebruikt. En in andere gevallen moet het daarentegen worden voorkomen, omdat een uitglijdende vonk brand kan veroorzaken. Een beter begrip van de aard van het effect zal ingenieurs in staat stellen het effectiever te gebruiken of, omgekeerd, ervan af te komen.
En het is natuurlijk leuk om te weten waarom je geliefde kat vonken afgeeft (hoewel het mogelijk is dat dit nog steeds oude kattenmagie is).
Anatoly Glyantsev
