LÕPUKS OMETI ⟩ 2600 aastat hiljem leiti seletus staatilisele elektrile

Lihte särtsu tekitamine staatilise elektriga näeb efektne välja, kuid oli teaduslikus mõttes veel ähmaselt seletatav nähtus. Kaevudes nanomaailma õnnestus sellele selgitus leida. Foto: Gergő / Pexels

• Kõik taandub nanoskaala tasemel erinevustele ja on üllatavalt lihtne.
• Lõppude lõpuks on staatiline elekter kogu meie planeedi kunagise tekkimise aluseks.

Esimesed viited staatilise elektri kohta pärinevad aastast 600 eKr. Kuid isegi pärast 2600 aastat väikeseid elektrilööke ei suutnud teadlased täielikult selgitada, kuidas esemete hõõrumine üksteise vastu tekitab staatilist elektrit. Nüüd on aga Põhja-Lääne Ülikooli (Northwestern University) teadlased sellele müsteeriumile lahenduse leidnud. Nagu 17. septembril avaldatud uurimuses, mis ilmus ajakirjas Nano Letters, märgitakse, on vastus üllatavalt lihtne. Kõik taandub väikestele ebakorrapärasustele.

Materjaliteaduse ja inseneriteaduse emeriitprofessor Lawrence Marks ütles eile, et kuigi inimesed on püüdnud, pole seni suudetud eksperimentidega tekitatud staatilise elektri nähtust õigesti selgitada ilma põhjendamatute eeldusteta. Nüüd aga oleme jõudnud sinnamaale, et suudame seda teha.

Staatiline elekter ise tekib aga väga lihtsalt: piisab ainult sellest, kui midagi vastamisi hõõrduvat deformeerub ebaühtlaselt, kui selle tulemusel tekivad materjali esi- ja tagaküljele erinevad laengud ning vool hakkabki liikuma.

Marks ja tema kolleegid alustasid staatilise elektri omaduste uurimist 2019. aastal, kui nad nägid, kuidas kahe materjali hõõrumine tekitab nende pinnale pingeid. Selle põhjal töötas meeskond välja uue mudeli, mis põhineb kontseptsioonil, mida tuntakse elastse nihke (elastic shear) all.

See ilmneb siis, kui objekt takistab libisemisjõudu ja tekitab vastumõju ehk hõõrdumise. Kui hõõrdumine kuhjub nanosuurustes deformatsioonides, tekivad elektrilised laenguerinevused, mis loovad voolu ja seejärel ka elektrilöögi, mida me kõik teame juba füüsikatunnist.

Teadlased töötasid nüüd välja uue mudeli, mis arvutab välja selle nähtusega tekkiva elektrivoolu. need vooluhulgad heas kooskõlas eksperimentaalsete tulemustega, ütles Marks.

Marks märgib, et kuigi enamik inimesi seostab staatilist elektrit näiteks juukseid püsti ajavate koolikatsetega või elektrilöögiga pärast lemmiklooma karva hõõrumist, avaldab see elektrilaeng tegelikult suurt mõju kogu maailmale nii lihtsatel kui ka lausa põhjapanevalt üldistel viisidel.

Wimshursti masinat peaksid mäletama kõik kooli füüsikatunnist. Sellega sai vändates hõõrdumisest staatilist elektrit ehk särtsu tekitada, mis juuksed püsti ajas ning minivälgu kahe metallkuuli vahjel sähvima pani. Foto: Wikimedia Commons

Igapäevaseks näiteks on kohviveski, kus laetud kohvioad mõjutavad ubade maitset. Samas põhjustab staatiline elekter palju tõsisemaid probleeme, näiteks annustamisvigu pulbriliste ravimite korral ja isegi tööstuslikke tulekahjusid.

Paljud eksperdid usuvad, et Hindenburgi hiiglasliku õhupalli katastroofi põhjustasid samuti suuresti staatilisest elektrist tekkinud vesinikutulekahjud.

Parem arusaam staatilise elektri mehhanismidest aitab ka erinevate tööstusharude ekspertidel muuta oma tooteid tõhusamaks ja töötingimusi turvalisemaks.

Marks selgitas veel selle uurimuse olulisust: planeet Maa poleks ilmselt elukõlbulik ja ei saaks tekkidagi ilma võtmeprotsessita, kus kokku põrkuvad osakesed kleepuvad tänu staatilisele elektrile üksteisega ja moodustavadki niimoodi lõpuks planeete.

Marksi sõnul on hämmastav, kui palju meie elust ja universumist sõltub staatilisest elektrist. Nüüd, pärast tuhandeid aastaid, on selle olulise nähtuse täpsem selgitus olemas, kirjutab Popular Mechanics.

Vaata teadustööd staatilise elektri seletuse kohta siit.