什么是静电?我们终于有了答案

这篇文章最初是由我们的姊妹网站Freethink。西北校园中的某个地方发表的可能是对2600年历史的奥秘的答案:正是静电的来源。每一个

本文最初由我们的姊妹网站Freethink发表。

西北校园的某个地方可能是2600年历史的谜团的答案:静态电源来自何处。每种已知的材料都会创建它,并且与创造所需的能量相比,它通常功能不成比例。然而,令人惊讶的是,这种日常电气现象还没有被广泛接受的科学解释 – 也许到现在为止。

该解决方案隐藏在一个密集的数学灌木丛中,是由劳伦斯·马克斯(Laurence Marks)教授实验室工作的西北两名博士生Alex Lin和Christopher Mizzi创建的。它们的答案在于在材料表面上的微观突起,以及数十年来忽略的两个旧物理概念。

如果该模型成立,它可能具有广泛的实用应用,可以帮助科学家抑制它们可能是危险的静态火花,甚至可以利用静电电力来为医疗设备供电或增强风力发电机。

是什么导致静电?

“每个人都看到了互动性。” “但是,当您开始问’好吧,为什么会发生?’没人知道。或至少没人知道,至少就我而言。”

西方世界现象的第一个记录是公元前600年。希腊哲学之父米勒斯(Miletus)的泰勒斯(Thales)摩擦了一块琥珀色的皮毛。他新近充满的毛皮开始像无限开玩笑的副本一样吸引灰尘。从那时起,许多引起静电电力的理论。每个人都没有接受。

马克斯认为答案可能在于我们已经理解的两个现象:摩擦和柔韧性。摩擦是充分理解的,对于静电电力显然至关重要。所有材料都有分子结构,当该结构以不规则的方式弯曲时,转移会产生电荷。马克斯认为,将这两个概念结合起来可能会为摩擦电性创建有用的模型。

马克斯笑着说:“我最终说服了亚历克斯(林)和克里斯(Mizzi),并有点鼓励 – 他们做了大部分工作。”林和米兹(Lin)和米兹(Mizzi)弹跳想法,在到达模型之前,推开了半年。

即使是看起来完全平坦的表面也被纳米级的小突起覆盖。当这些微小的突起彼此摩擦时,它们会产生柔韧性。这种效果产生的电荷导致我们称为静电。这是一个由破旧的零件制成的精美简单模型,即使它解释的过程很复杂。

标记实验室认为,材料表面上的微小突出在弯曲时会产生极化。这种效果被称为柔韧性,是导致静电的原因。信用:示意图由劳伦斯·马克斯(Laurence Marks)/西北

但是,为了证明这一点,林和米兹必须倒入科学记录,寻找对摩擦和柔韧性建模的方程式。淋浴思想打断了这一过程,当他们与千年历史的奥秘一起跳舞时走开了。他们在线搜索了论文,收集了他们可能需要的所有方程式,然后手工通过数学工作,直到最终将数字和符号的云合并为真正有效的模型。“最终,我们想捕捉它的全局,林说。

明尼苏达大学工程学教授迈克尔·麦克阿尔平说,这种模型是有道理的。麦卡尔平说:“这是一个简单的解释,我很惊讶我没有把手放在上面。” OCCAM的剃须刀批准的最终结果以及该模型构建了尝试和真实方程式的事实,也使模型也很有吸引力。

该模型为同样的材料之间产生的静电提供了令人信服的解释,但是在其他类型的材料中引起的静态电力(例如,液体摩擦与气体摩擦)也需要针对该模型进行测试。地球上的每种材料都可以产生静电,因此不乏测试对象。

结果

如果该模型证明了准确,则应用程序可能很广。纳米发电机是微小的设备,可收获静电的强大能量。有了足够的基本知识,我们可以开始使用任何摩擦的力量来针对任何材料。

普渡大学工程助理教授Wenzhuo Wu说,Triboelectric Power具有很大的潜力。吴说,如果更好地理解静电的基础知识,我们可以最大程度地提高风或波浪发电机的效率。

人体自己的运动可用于为内部医疗设备提供动力。想象一下,能够创建一个形状的屋顶,以利用雨滴的力量(雨水经过地面的摩擦),以产生摩擦电力,为其下方的建筑物提供动力。基本知识可以更好地控制甚至消除静电。在您需要避免火花的任何环境中,这种现象都是令人震惊的危险。对导致摩擦电性的原因的准确理解可以为如何预防它奠定基础。

Mizzi说:“人们一直在考虑这一点,并经历了这一点,甚至没有意识到他们很长时间以来所经历的事情。”“这确实是整洁而谦卑的。”

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