De eerste documentatie over statische elektriciteit dateert uit 600 voor Christus. Maar zelfs na 2600 jaar aan kleine schokken konden onderzoekers niet volledig verklaren hoe dit ervoor zorgde dat de twee objecten tegen elkaar aan schuurden. Maar volgens een team van de Northwestern University is het mysterie eindelijk opgelost. Zoals uitgelegd in een studie van 17 september gepubliceerd in het tijdschrift Nano-brievenhet antwoord is “verrassend eenvoudig.” Het heeft allemaal te maken met kleine onvolkomenheden.
“Mensen probeerden het, maar konden de experimentele resultaten niet verklaren zonder aannames te doen die niet gerechtvaardigd of gerechtvaardigd waren”, zei Lawrence Marks, emeritus hoogleraar materiaalkunde en techniek, op 18 september. “Nu kunnen we… We hebben gewoon verschillende vervormingen – en dus verschillende ladingen – aan de voorkant en de achterkant van iets dat verschuift om de stroming te veroorzaken.”
Marks en collega’s begonnen in 2019 voor het eerst met het onderzoeken van de eigenschappen van statische elektriciteit, toen ze ontdekten dat het tegen elkaar wrijven van twee materialen kleine variaties in het oppervlak van elk object verbuigt. Deze beweging veroorzaakte vervolgens spanningen. Van daaruit creëerde het team een nieuw model dat berust op een concept dat bekend staat als ‘elastische afschuiving’, dat optreedt wanneer een object een glijdende kracht weerstaat en daarbij wrijving veroorzaakt. Zodra er aan weerszijden van de vervorming op nanoschaal wrijving ontstaat, kan het verschil in elektrische lading een stroom veroorzaken – en de daaruit voortvloeiende schok.
“We hebben een nieuw model ontwikkeld dat elektrische stroom berekent. De huidige waarden voor een aantal verschillende gevallen kwamen goed overeen met de experimentele resultaten”, aldus Marks.
Marks merkt op dat hoewel de meeste mensen statische elektriciteit associëren met demonstraties zoals elementaire wetenschappelijke experimenten waarbij het haar omhoog gaat of een deurknop wordt aangeraakt nadat je over de vacht van je huisdier hebt gewreven, de elektrische lading feitelijk een enorme impact heeft op de wereld “op een eenvoudige en diepgaande manier”. Een alledaags voorbeeld is te zien wanneer verpakte koffiemolenbonen de smaak van de bonen veranderen. Maar statische schokken zijn ook verantwoordelijk voor veel ernstiger problemen, zoals complicaties bij het doseren van medicijnen in poedervorm en industriële branden. De meeste experts geloven dat Hindenburg de tragedie was waarschijnlijk afhankelijk van branden veroorzaakt door statische elektriciteit. Door de betrokken mechanismen beter te begrijpen, kunnen experts uit verschillende sectoren helpen hun producten efficiënter en de arbeidsomstandigheden veiliger te maken.
[Related: Butterflies and moths suck up pollen with static electricity.]
“De aarde zou waarschijnlijk geen planeet zijn zonder een belangrijke stap in het samenklonteren van planeetvormende deeltjes, wat wordt veroorzaakt door de statische elektriciteit die wordt gecreëerd door botsende korrels”, legt Marks uit. “Het is verbazingwekkend hoeveel van ons leven wordt beïnvloed door statische elektriciteit en hoeveel van het universum daarvan afhankelijk is.” En nu, na duizenden jaren, heeft dat sleutelfenomeen een nauwkeurige verklaring.