Northwestern Üniversitesi araştırmacıları, on yıldan uzun bir süredir statik elektriğin nasıl çalıştığına dair anlaşılması zor gizem üzerinde çalışıyor ve 2019'da bir ön buluş gerçekleştirdiler. Bir önceki çalışmada, nesnelerin yüzey alanındaki nano boyuttaki deformasyonların ve bir nesnenin bu yüzey üzerinde kayma hareketinin elektrik yükü oluşturmada kilit bir rol oynadığını keşfettiler.
Şimdi ise bu deformasyonlar nedeniyle, bir nesnenin başka bir nesne üzerinde kayması sürecinde farklı elektrik yüklerinin oluştuğunu keşfettiler — örneğin, bir kediyi seven kullanılan el. Bu akım, yüklü nesne başka bir yüzeyle karşılaştığında, özellikle de düşük nem koşullarında, statik elektrik kaynaklı 'zap'ı sağlamak için yeterlidir.
Northwestern'de malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü olan baş araştırmacı Laurence Marks, "İlk kez, daha önce kimsenin açıklayamadığı bir gizemi açıklayabiliyoruz: sürtünmenin neden önemli olduğunu" dedi. "İnsanlar denediler, ancak deneysel sonuçları gerekçelendirilemeyen veya haklı gösterilemeyen varsayımlar yapmadan açıklayamadılar. Artık açıklayabiliyoruz ve cevap şaşırtıcı derecede basit. Kaymakta olan bir şeyin önünde ve arkasında farklı deformasyonlar — ve dolayısıyla farklı yükler — olması akıma yol açıyor."
Bu olgu — kayıtlara geçtiği kadarıyla — ilk kez Milattan Önce 600 yılında kehribarın kürkle ovulmasıyla oluşan statik elektriğin tozu çektiğini yazan Yunan filozof Miletli Thales tarafından gözlemlenmiştir.
Marks, "O zamandan bu yana, sürtünmenin sadece kürkte değil, tüm yalıtkanlarda statik yüklenmeye neden olduğu anlaşıldı" dedi. "Ancak, bilimsel fikir birliği aşağı yukarı bu noktada sona erdi."
Northwestern ekibi, 2019 yılında yaptıkları araştırmada, sürtünmenin neden olduğu elektrik akımlarını ölçen ve "elastik kesme" adını verdikleri bir model oluşturdu. Esasen yük, Isaac Newton'un üçüncü fizik yasasının ana hatlarıyla belirttiği gibi kuvvet ve sürtünmeyle ve bu süreçte yüklerin nasıl değiştiğiyle ilgilidir. Bu nano ölçekli deformasyonlara sahip malzemeler birbirlerine sürtündüklerinde, bir akım oluşumuna yol açan ön-arka statik yükü yaratırlar.
Marks, "Kayma ve kesme yakından bağlantılıdır" dedi.
Statik elektriğe neden olan karmaşık mekanizmanın ortaya çıkarılması, bir kediyi okşayan bir elin farkında olmadan şarj edilmesinden sonra yaşanan rahatsız edici 'şokları' önleyemeyebilir, ancak araştırmacılar sürecin anlaşılmasının endüstriyel ölçekte yangın ve patlama gibi ciddi olayların önlenmesine yardımcı olabileceğini söylüyor.
Marks, "Statik elektrik yaşamı hem basit hem de derin şekillerde etkiler," dedi. "Tahılların statik elektrikle yüklenmesi, kahve çekirdeklerinin nasıl öğütüldüğü ve tadı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Dünya, gezegenleri oluşturan parçacıkların kümelenmesinde kilit bir adım olmasaydı muhtemelen bir gezegen olmazdı, bu da çarpışan tanelerin ürettiği statik elektrik nedeniyle meydana gelir. Hayatımızın ne kadar büyük bir kısmının statik elektrikten etkilendiği ve evrenin ne kadar büyük bir kısmının buna bağlı olduğu şaşırtıcı."
Pratik düzeyde, statik elektrik şoklarını en aza indirmek için doğal lifleri tercih etmek, çıplak ayakla yürümek ve kapalı ortamlara daha fazla nem eklemek gibi çeşitli çözümler vardır, çünkü %40 bağıl nemin altındaki her şey bu "elastik kesme" işleminin iletkenliğini artırma eğilimindedir. Özellikle kış aylarında kedinizden şok aldığınızı fark ederseniz, önce nemli bir bezle okşayarak bu yüke karşı koyabilirsiniz — ancak belki de küçük bir şok iki kötülükten daha iyidir. Kedi tüyü ne yazık ki mükemmel bir elektrostatik yük kaynağıdır.
En azından artık nedenini biliyoruz.
Araştırmacılar, "Ön ve arkadaki kutuplaşma ve buna bağlı yükler aynı değildir ve ikisi arasındaki fark, bir uçağın kanadının üstündeki ve altındaki hava basıncındaki farkın kaldırmaya yol açmasına benzer şekilde akım akışına yol açar" açıklamasında bulundu.
Araştırma Nano Letters dergisinde yayımlandı.