• 幾千年后,我們終于知道是什么產生了靜電

    公元前 600 年,希臘哲學家米利都的泰勒斯注意到當他在 Amber 上摩擦毛皮時,毛皮會吸引灰塵。

    產生的微小電荷后來被稱為靜電。

    你可能知道它是梳理頭發時頭發的噼啪聲和蓬松聲,或者在你頭上摩擦氣球后將氣球粘在天花板上的力,但幾個世紀以來,科學家們一直在試圖弄清楚造成這種現象的原因。

    現在,我們終于有了答案:產生靜電的滑動運動的開始和結束會受到不同的力 - 導致前后之間的電荷差,從而導致靜電的噼啪聲。

    “我們第一次能夠解釋一個以前沒有人能解釋的謎團:為什么摩擦很重要。”材料科學家 Laurence Marks 說美國西北大學。

    “人們已經嘗試過,但他們無法在不做出不合理或不合理的假設的情況下解釋實驗結果。我們現在可以了,答案出奇地簡單。只是在物體的正面和背面具有不同的變形——因此具有不同的電荷——滑動會導致電流。

    靜電非常常見,我們對使其更有可能發生的條件有很好的處理。當它是兩種材料摩擦在一起的結果時,它被稱為摩擦電,兩個表面之間的電荷轉移就是摩擦電效應。

    摩擦電效應本身有點難以確定。我們唯一確定的是,將兩種材料摩擦在一起會產生摩擦電。

    然后,在 2019 年,馬克斯和他當時的同事有突破: 他們發現將兩種材料摩擦在一起會使這些材料表面的微小突起變形。表面紋理的變形會產生電壓。

    說明材料的紋理如何導致電荷差異的圖表。(奧爾森和馬克斯,納米字母, 2024)

    在一本新著作中,馬克斯和西北大學的第一作者卡爾·奧爾森 (Karl Olson) 填補了剩下的拼圖。

    “在 2019 年,我們有了正在發生的事情的種子。然而,就像所有種子一樣,它需要時間來生長。馬克斯說.“現在,它已經開花結果了。我們開發了一種計算電流的新模型。一系列不同情況下的電流值與實驗結果非常吻合。

    他們的計算和實驗表明,摩擦的核心概念對于靜電的產生至關重要。它被稱為彈性剪切,即材料承受滑動應變的能力。當您將兩種材料摩擦在一起時,它們會抵抗運動,從而產生摩擦。這就是為什么即使你穿著襪子在拋光的地板上滑行,你最終也會停下來。

    當絕緣表面摩擦在一起時,身體前部的彈性應變與身體后部的彈性應變不同。因此,材料前后的電荷和極化也不同,導致在兩種不同的電荷之間產生電流。

    該模型并未解釋摩擦電學的各個方面,但它似乎確實解決了問題的主要部分。進一步的分析和實驗將幫助科學家弄清楚細節,希望不僅能理解摩擦電,而且能找到一種控制摩擦電的方法。

    想要了解靜電的充分理由有很多。它的堆積會在制造中造成問題,并且用于風力渦輪機.靜電產生的火花會引發火災。靜電可能是我們整個存在的一部分原因——靜電力被認為是數十億年前地球生長的第一粒塵埃的粘合劑。

    “靜電以簡單和深刻的方式影響生活,”馬克斯說.“令人驚訝的是,我們的生活中有多少地方受到靜電的影響,宇宙中有很大程度依賴于靜電。”

    該研究已發表在納米字母.

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