Birbirine sürtünen aynı malzemelerin statik elektrik oluşturacağını düşünüyor musunuz?
İki farklı nesnenin sürtünme ile yüklendiği fenomen, triboelektrik (veya iki farklı nesnenin birbirine sürtündüğü, bir nesnenin pozitif yüklü ve diğerinin negatif yüklü olduğu bir fenomen) olarak adlandırılır.
Statik elektrik konusunda herkes çok net görünüyor, çünkü hepimiz ortaokulda öğrendik, "Elbette statik elektriğin ne olduğunu biliyoruz!" Başlangıçta nötr olan iki nesneyi alıp birbirlerine sürtünerek yükledikten sonra biri pozitif yüklü, diğeri yüklenir. Negatif elektrik. Ancak gerçek triboelektrik ilkesi her zaman bir tartışma konusu olmuştur.
Bu yüzden hemen sonuca atlamayın! Bildiğini sandığınız elektrikle başlayalım ama hazırlıklı olmalısınız ve şaşıracaksınız.
Çoğu insan muhtemelen elektrostatik kuvvetin en basit ve en yaygın gösterimlerinden biri olan Van de Graaff jeneratörüyle oynamıştır. Sadece yalıtımlı bir nesnenin (tahta bir kutu, bir karton kutu gibi, ayakların topraklanmamasını sağlamak için) üzerinde durmamız ve ardından jeneratöre elimizle dokunmamız ve saçlarımız (saç varsa) ayağa kalkmamız gerekiyor!
Saçın dikleşmesinin nedeni, van de Graaff jeneratörünü çalıştırdığımızda, üst küresinin pozitif yüklerle dolu olmasıdır. İnsan vücudumuz iyi bir iletken olduğu için küreye elimizle dokunmak vücudumuzun pozitif yüklenmesine neden olacaktır.
Pozitif yükler birbirini ittiği için, saçları daha düz ve uzun olanlar, saçtaki elektrik alan kuvvetinin dünyanın yerçekiminden veya diğer herhangi bir elektrik alan kuvvetinden kolayca daha güçlü hale geldiğini hissedecekler ve bu ilginç bir fenomen yaratıyor. Ayağa kalkacak çünkü pozitif yükler diğer pozitif yükleri geri çekecektir. Kıvırcık saçlılar için, iç elektrostatik kuvvet uygulanan herhangi bir harici yükten daha güçlü olabilir, bu nedenle kıvırcık saçların ayağa kalkması kolay değildir.
Bu, bir nesneye veya bir grup nesneye elektrik yükünün zorla uygulandığı sıradan elektrostatikteki en basit örnektir.
Bu, hayatta genellikle bahsettiğimiz statik elektrikten farklıdır.Yaşamdaki yaygın statik elektrik, iki nesneyi birbirine sürtmektir, örneğin çoraplarınızı bir halıya veya cam bir çubuğu ipekle ovmak gibi.
Birbirine sürtünen iki nesne statik elektrik üretir çünkü sürtünme sürecinde bir malzeme elektron kaybeder ve ardından pozitif olarak yüklenirken, diğeri elektron kazanır ve negatif yüklü hale gelir.
Sürtünme şarjı, saçları bir balonla ovmak gibi birçok durum için uygundur.
Balon hızlı bir şekilde ovalandıktan ve statik olarak yüklendikten sonra, her türlü ilginç şeyi yapabilir: saçınızın ayağa kalkmasına izin verin ve masaya küçük kağıt parçalarını çekmek için duvara yapıştırın.
Neden çekici? Yoksa duvara yapışmak mı?
Balona negatif yüklü olması için fazladan elektron verdiğimizi varsayalım. Balonu duvar gibi nötr bir nesneye yaklaştırdığımızda, balon duvardaki "zıt" yükleri (çekirdekleri) çekecek ve "benzer" yükleri (elektronları) itecektir. Bu yapı aynı kaldığı sürece balon duvara yapışacaktır çünkü statik elektrik nedeniyle elektrik balonu yerinde sabitleyecektir.
Ancak bu, başlangıçta öğrendiğimiz statik elektrik prensibidir.
Basit, değil mi? Ama bu çok basit! Gerçekler, bu ifadenin tamamen doğru olmadığını kanıtladı. neden? İki parça ofis kağıdı gibi iki özdeş malzeme kullandığımızı hayal edin, ne olacak?
İki parça ofis kağıdını birbirimize sürersek, ücretlendirilir mi? Daha önce öğrendiklerimize göre hiçbiri elektrostatik olarak yüklü değil, değil mi? Aynı maddeden yapıldıkları için hiç kimse bir başkasına negatif yük vermemeli, bu yüzden statik elektrik olmamalıdır. Statik elektrik az önce açıkladığımız gibi iş başındaysa, yukarıdaki ifade tamamen uygundur.
Ama durum bu değil. Bu ofis belgesine daha yakından bakalım.
Kağıt makro ölçekte pürüzsüz görünse de yüzeyde mikro düzeyde küçük kusurlara sahiptir. Örneğin, yukarıdaki resimde, kağıdın yüzeyinin mikrometre ölçeğinde dalgalı dağlara benzediğini görebiliriz. Bu iki kağıt parçasını veya aynı malzemeden herhangi ikisini birbirine sürtüğümüzde, yüzeydeki gerilime ne olacağını düşünüyorsunuz?
Bilim alanında, cevabı bilen her şeyin cevabı bulmak için deneyler yapması gerekir. Ancak şaşırtıcı bir şekilde, bu deneyi 2011 yılına kadar kimse yapmadı! Northwestern Üniversitesi'nden Profesör Grzybowski'nin ekibi sayesinde, artık deneysel sonuçlara sahibiz ve bunlar harika.
Her iki kağıt parçası da statiktir, boş değildir! Aslında, her bir kağıt parçasının farklı katmanları büyük miktarda pozitif veya negatif yük taşır. Daha önce üzerinde çalıştığımız statik elektrik, yalnızca nesne üzerindeki pozitif, negatif veya sıfır olabilen net yükü temsil eder. Öyleyse, tek bir molekülün yakındaki nesneleri çekmesine veya itmesine neden olan şeyin genel elektrik yüküyle hiçbir ilgisi yoktur, ancak yakındaki belirli moleküllerin nasıl yüklendiği ile ilgilidir!
Yüzyıllar boyunca insanlar, bu tür temaslı şarjın (triboelektrik şarj) uzayın tek tip malzeme özelliklerinden kaynaklandığına ve belirli bir malzeme çiftinde, bir malzemenin eşit pozitif yüklü ve diğerinin eşit şekilde negatif yüklü olduğuna inanmışlardır. Şarj etmek. Bu temaslı şarj resminin yanlış olduğu ortaya çıktı. Her temas tipi yüklü cisim parçası net bir pozitif ve negatif polarite yükü oluştursa da, her yüzey rastgele bir "mozaiği" destekler, yani nanometre ölçeğinde zıt yüklü alanlar vardır. Bu yüzey şarj mozaikleri, farklı yüklü ortam türleri için aynı topolojik özelliklere sahiptir ve birim alan başına düşen yük miktarı, önceden düşünülenden çok daha fazladır.
Başka bir deyişle, bazı malzemeleri ovaladığımızda bazı malzemelerin elektron alacağını, bazılarının ise elektron kaybedeceğini düşünürdük. Ama şimdi (bu yepyeni bir görüş) her statik yüklü malzemenin önemli pozitif ve negatif yük bölgelerine sahip olduğunu düşünüyoruz! Yani, malzemenin yükünün yeniden düzenlenmesi ve dağıtılması, malzemeler arasındaki yük aktarımından ziyade malzemenin yüklenmesine (malzemenin kendisinin yük aktarımı) neden olur.
Bu sadece yeni bir keşif değil, aynı zamanda statik elektriğin ana nedeni olduğuna inanılıyor.
Aslında, statik elektrik hala ortaokulda öğrendiğimiz gibi çalışacak. Ama bir dahaki sefere onunla tekrar karşılaştığınızda, nasıl çalıştığını anlayacaksınız!
