任何撫摸過貓或在地毯上移動過腳的人都知道，摩擦物體會產生靜電。
然而，兩千年來，研究人員一直未能對這種現像做出解釋。
現在， 西北大學的科學家終於發現了其中的機制。在產生靜電的基礎上，表面上會出現微突起，即使是表面光滑的表面。這些突出物受力變形是產生摩擦電的基礎。
這種力的差異導致物體的正面和背面積聚不同的電荷。
電荷的差異會產生電流，導致輕微的電擊。
2000年前的謎團
「我們第一次可以解釋一個以前沒有人能夠解釋的謎團：為什麼摩擦很重要，」領導這項研究的西北大學的勞倫斯·馬克斯說。
「人們試圖解釋它，但如果不做出未經證實或無法證明的假設，就無法證明實驗結果的合理性。現在我們可以了，而且答案出奇的簡單。只要在滑動物體的正面和背面有不同的變形，從而產生不同的電荷，就會產生電流。
馬克斯是表面結構專家，也是西北大學麥考密克工程學院材料科學與工程榮譽教授。馬克斯研究小組的博士生卡爾·奧爾森（Karl Olson ）是該論文的第一作者。
希臘哲學家米利都的泰勒斯在公元前 600 年首次報告了摩擦引起的靜電，在用毛皮摩擦琥珀後，他注意到毛皮會吸引灰塵。
「從那時起，我們已經清楚地認識到，摩擦會在所有絕緣材料中產生靜電荷，而不僅僅是毛皮，」馬克斯說。 “然而，這或多或少是科學共識的終點。”
電荷的秘密
馬克斯和他的團隊在 2019 年開始揭開這個謎團。
發表在《物理評論快報》上的一項研究報告稱，將兩種材料摩擦在一起會使這些材料表面上的小突起彎曲。研究人員發現，這些彎曲和變形的突起會產生應變。
「2019 年，我們已經為所發生的事情埋下了種子。然而，像所有種子一樣，它需要時間來生長，」馬克斯說。
「現在它已經開花了。我們開發了一種計算電流的新模型。許多不同情況下的當前值與實驗結果非常吻合。
稱為「彈性切割」的概念是新模型的核心。當材料抵抗滑動力時，會發生彈性剪切。如果一個人將盤子推到桌子上，盤子就會抵抗滑動。
一旦人停止推動，板就會停止移動。這種由滑動阻力引起的額外摩擦會導致電荷移動。
除此之外，該模型解釋了為什麼通常用於絕緣的材料通常能夠產生靜電：在這種情況下，微突起產生的能量積聚在它們上，無法流動，因此只能在與導電體接觸。
摩擦產生電荷的危險
雖然靜電會導致有趣的事故，例如從操場上滑下後頭髮豎起來，但它也可能導致嚴重的問題，例如靜電產生的火花會導致工業火災甚至爆炸。
它也可能妨礙粉末藥物的一致劑量或乾擾其他製造過程
透過更了解其中的機制，研究人員可以為這些問題引入新的解決方案，包括在微觀層面上研究所涉及材料的表面。
「靜電對生活的影響既簡單又深刻，」馬克斯回憶道，「為咖啡豆充電對咖啡豆的研磨方式和味道有很大影響。如果沒有形成行星的粒子聚集的關鍵步驟，地球可能不會成為一顆行星，這是由於顆粒碰撞產生的靜電而發生的。令人驚訝的是我們的生活受到靜電的影響有多大，宇宙對靜電的依賴有多大。
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《電力：一個 2000 年之謎已解開》一文來自Scenari Economici 。
這是在 Sun, 22 Sep 2024 08:00:43 +0000 在 https://scenarieconomici.it/elettricita-risolto-un-mistero-che-dura-da-2000-anni/ 的報紙 “Scenari Economici” 上發表的文章的翻譯。