머리카락에 풍선을 흔들었다면 두 가지 다른 재료를 문지르면 정전기가 생성 될 수 있다는 것을 알고 있습니다. 그러나 같은 재료의 비트를 문지르면 정적이 될 수 있습니다. 이제 연구자들은 수십 년 전의 동일한 정적이 어떻게 생겨나는지에 대한 아이디어를 격추했습니다.
동일한 재료 현상은 화산 폭발에서 번개를 생성하고, 제조에서 파우더 가공을 자극하고, 곡물 엘리베이터에서 폭발을 일으키는 것과 같은 중요한 실제 효과를 생성합니다. 물리학 자들은 그들이 무슨 일이 일어나고 있는지 이해했다고 생각했지만 갑자기 "지배적 인 이론이 죽은 것처럼 보인다"고 뉴 브런 즈윅 주 Rutgers University의 응용 물리학자인 뉴저지의 새로운 작품에 관여하지 않은 Troy Shinbrot은 말했다.
풍선 트릭에는 두 가지 다른 절연 재료 (모발과 풍선의 라텍스)가 다른 강점을 가진 전기 충전을 담고 있습니다. 따라서 하나 이상의 음전하에 더 많은 긍정적 인 전하가 증가합니다. 충전처럼 서로를 격퇴하는 것처럼 머리카락이 끝나는 이유를 설명합니다. 동일한 재료를 문지르는 것은 동일한 강도로 충전을 유지하기 때문에 정적을 생성하지 않을 것이라고 생각할 수도 있습니다. 그러나 조각의 크기가 다른 경우 충전이 발생할 수 있습니다. 1986 년 영국 맨체스터 대학교 과학 기술 연구소의 John Lowell과 William Truscott는 그것이 어떻게 작동하는지 설명했습니다.
그들은 같은 물질의 평면을 가로 질러 작은 단열 구를 문지르는 것을 상상했는데, 이는 큰 물체를 위해 서 있습니다. 그들은 두 표면이 임의의 반점에 갇힌 에너지 전자로 얼룩 져 있다고 가정했는데, 아마도 재료 내에서 일반적인 낮은 에너지 틈새에서 쫓겨 났기 때문일 것입니다. 표면이 터치하면 음으로 하전 된 전자가 한 표면의 고 에너지 농어에서 다른 표면의 저에너지 상태로 점프 할 수 있습니다.
동일한 수의 전자가 양방향으로 뛰어 들면 아무것도 변하지 않을 것입니다. 그러나 로웰과 트러스 코트가 설명했듯이, 구의 한 지점만이 평면에 닿아있을 때, 몇 개의 전자 만 제공하고 더 많은 수의 빈 상태를 가지고 있습니다. 대조적으로, 평면의 더 큰 줄무늬가 구와 접촉되므로 충분한 전자가 제공됩니다. 따라서 더 많은 전자는 평면에서 구로 반대로 이동하여 구체가 음전적으로 하전되고 평면이 정적으로 충전되어 정적을 생성합니다. 다른 연구자들은 이론이 두 가지 크기의 곡물에 어떻게 적용될 수 있는지 보여주었습니다.
불행히도, 이론은 작동하지 않습니다. 일리노이 주 시카고 대학교의 물리학자인 Heinrich Jaeger와 동료들. 이들은 251 마이크로 미터 및 326 마이크로 미터의 직경과 절연 지르코늄-실리케이트의 혼합 된 곡물을 혼합하여 수평 전기장을 통해 떨어 뜨려 양으로 하전 된 입자를 한 방향으로 밀고 다른 입자를 음으로 하전했습니다. 그들은 수만 달러의 입자를 추적하여 85,000 달러의 고속 카메라를 함께 떨어 뜨 렸습니다. (위의 비디오를 참조하십시오.) 물론, 작은 것들은 부정적으로 부정적인 비용을 청구하는 경향이 있었고 큰 것들이 평균적으로 2 백만 건의 충전을 기록합니다.
.그런 다음 연구원들은 이러한 충전이 이미 곡물 표면에 갇힌 전자에서 나올 수 있는지 조사했습니다. 그들은 갇힌 전자를 해방시키기 위해 신선한 곡물을 부드럽게 가열하고 덜 활기 넘치는 상태로 다시 "긴장을 풀었습니다". 전자가 그러한 전이를 겪으면서, 그것은 광자를 방출한다. 따라서 광자를 계산함으로써 연구원들은 갇힌 전자를 집계 할 수 있습니다. Shinbrot은 "입자에 모든 전자를 계산한다는 것은 정말 놀랍습니다."라고 Shinbrot은 말합니다.
탈리는 구슬이 정적 축적을 설명하기 위해 너무 적은 갇힌 전자로 시작한다는 것을 보여 주었다. 실제로, 연구원들이 곡물을 곡물에 노출시켜 갇힌 전자를 표면으로 끓이려고하더라도, 갇힌 전자의 밀도는 그 효과를 설명하기 위해 필요한 것 중 1/100,000 미만으로 남아있다. .
오하이오 주 클리블랜드의 Case Western Reserve University의 화학 엔지니어 인 Daniel Lacks는“그들은이 갇힌 전자의 전달에 대한 아이디어가 유효하지 않다는 것을 매우 설득력있게 보여줍니다.
곡물이 전자를 교환하지 않으면 충전은 어디에서 발생합니까? 그들은 곡물을 필연적으로 코팅하는 두꺼운 분자의 물 층의 수산화물 이온에서 나올 수 있다고 Jaeger는 말했다. 또는 충전은 지르코늄 재료를 곡물에서 곡물로 전달하는 것을 포함 할 수 있다고 Pomona의 California State Polytechnic University의 화학 엔지니어 인 Keith Forward.
어떤 시나리오가 옳은지 결정하는 것은 어려울 수 있습니다. Jaeger는 물을 제거하는 조건에서 실험을 반복하는 것은 매우 어려울 것이라고 말했다. Forward는 화학을 사용하여 수산화물 이온의 존재를 감지하는 것이 더 쉬울 수 있음을 시사합니다. 이 작은 미스터리를 해결하면 과학자와 엔지니어가 효과를 제어하는 데 도움이 될 수 있습니다.
(비디오 크레디트 :Scott Waitukaitis와 Chicago University, Heinrich Jaeger)
