양모 양말로 카펫을 가로 질러 걷는다면, 다음에 만지는 손잡이가 불꽃으로 당신을 놀라게 할 가능성이 매우 높습니다. 정전기는 너무 일반적이기 때문에 얼마나 이상한지 잊기 쉽습니다.
하지만 그 불꽃이 났을 때 실제로 무슨 일이 일어나고 있습니까?
기원전 6 세기에 고대 그리스 철학자이자 수학자 인 밀레 도스의 탈레스 (Thales)는 정전기를 처음으로 묘사했지만 과학자들은이 기본적인 질문에 대답하기 위해 수십 년 동안 고군분투했습니다. 그러나 나노 스케일 연구자들은 왜 두 표면을 함께 문지르면 충격을 줄 수 있는지 이해하기 위해 큰 진전을 이루었습니다.
표면이 아무리 매끄럽게 보일지라도 충분히 확대하면 융기 및 구덩이가 나타납니다. 과학자들은 이러한 불완전 성을 "절정"이라고 부릅니다. 풍선에서 양모 또는 머리카락과 같은 섬유에 이르기까지 모든 표면은 미세한 요철로 덮여 있습니다. 일리노이 주 에반 스턴에 위치한 노스 웨스턴 대학교 (Northwestern University)의 재료 과학 및 공학 박사 과정의 후보자 인 크리스토퍼 미지 (Christopher Mizzi)는 이러한 기능들이 정전기를 발생 시킨다고 말했다.
Mizzi와 그의 공동 저자는 9 월에 Physical Review Letters 저널에 발표 된 연구에서 일상적인 물체의 보이지 않는 결함을 지구 표면과 비교했습니다. 미찌는 지구를 멀리서 바라 본다면 지구는 완벽한 구체처럼 매우 매끄럽게 보인다고 말했다. 그러나 우리는 실제로 지구가 매끄럽지 않다는 것을 알고 있지만, 그것을보기 위해서는 지구를 면밀히 살펴 봐야합니다. "만약 당신이 산과 언덕이 있음을 알 수있을 정도로 충분히 확대 할 때"라고 그는 말했다. 마찬가지로 친숙한 물체는 가까이서 볼 때까지 매끄럽게 보입니다.
두 물체의 표면이 서로 닿으면 구멍이 긁히면서 마찰이 발생합니다. 과학자들은 오랫동안 마찰이 정전기에서 중요한 역할을한다는 것을 알고 있습니다. (사실 정전기, 마찰 전기에 대한 과학적 용어는 마찰에 대한 연구 인 마찰 학의 근본을 공유합니다.)
새로운 연구에서 Mizzi와 그의 공동 저자는 마찰을 유발하는 asperities가 어떻게 전하의 충격적인 차이를 일으키는 지 보여 주었다.
정전기에 대한 특이한 점은 절연체로 알려진 전기 제한 재료를 사용하는 것이 가장 쉽다는 것입니다. 여기에는 고무, 양모 및 머리카락이 포함됩니다. 전화, 조명 및 거의 모든 다른 전자 장치에 전력을 공급하는 일상적인 전기 형태 인 전류 전기에서 전자는 구리선과 같은 전도성 물질의 원자를 가로 질러 전류를 생성합니다. 그러나 절연체의 원자는 전자가 쉽게 오 가도록 허용하지 않습니다. 그들은 전자 흐름을 억제함으로써 그들의 이름을 얻습니다.
Mizzi와 그의 동료들은 절연체의 구멍이 서로 닿아 전자 구름을 방해 할 때 정전기가 발생한다는 것을 발견했다. 절연체의 전자가 쉽게 움직일 수 없기 때문에 문지르면 전자 구름이 구부러 질 수 있습니다.
이러한 물질에서 원자 주위의 전자 구름은 일반적으로 대칭입니다. 이 구름을 볼 때, 당신은 "아래에서 위로, 왼쪽에서 오른쪽으로 말할 수 없다"고 Mizzi는 말했다.
그러나 여러분이 그 전자 구름을 짜면 변형되어 비대칭이됩니다. 올바른 상황에서, 새로운 형태는 재료에 고르지 않게 전압을 분배 할 수 있다고 Mizzi는 설명했다.
카펫 위의 양모 양말과 관련이 있습니까? 그러한 신발을 신고 걸을 때 몸무게와 운동의 조합으로 양말의 섬유가 카펫의 섬유에 미끄러 져 들어갑니다. 두 재료가 이와 같이 서로 닿으면 한쪽 표면의 범프가 반대 표면의 요철을 따라 드래그되어 구부러집니다. 이러한 굽힘이 발생하면, 요철을 구성하는 원자의 전자 구름이 비대칭 형태로 찌그러져 전압의 매우 작은 차이가 발생합니다.
작지만 이러한 전압 변화는 더해집니다. 비구면은 너무 많아서 전자 구름이 뭉쳐져 정전기가 크게 축적됩니다. 문 손잡이를 만지거나 다른 사람의 손을 흔들 때 느낄 수있는 강력한 정전기입니다.
정전기에 대한 이러한 새로운 이해는 웨어러블 장치 충전을위한 마찰 생성 전력을 생산하는 직물을 개발하는 과학자에게 영향을 미쳐서 제품을보다 효율적으로 만들 수 있습니다. 또한 어떤 재료가 정전기를 쉽게 생성하지 못하는지 더 잘 이해하면 엔지니어는 서로 마찰하여 불꽃을 일으킬 수있는 먼지 입자를 제거함으로써보다 안전한 제조 환경을 조성 할 수 있습니다.
"모델이 있으면 예측을 시작할 수 있습니다"라고 Mizzi는 말했습니다.
