2,600年を経て、ついに静電気の本当の仕組みが判明

静電気に関する最初の記録は紀元前600年に遡る。しかし、2,600年にわたる微小な衝撃の後でも、研究者たちは2つの物体をこすり合わせることで静電気が発生する仕組みを完全には説明できなかった。しかし、ノースウェスタン大学の研究チームによると、この謎はついに解明されたという。9月17日にNano Letters誌に掲載された研究で説明されているように、答えは「驚くほど単純」だ。すべては小さな欠陥に関係している。

「人々は試みたが、正当化も正当化もできない仮定をせずには実験結果を説明することはできなかった」と、材料科学および工学の名誉教授であるローレンス・マークスは9月18日に語った。「今ならできる… 何かが滑る前と後ろで異なる変形、したがって異なる電荷があるだけで、電流が生じる」

マークス氏とその同僚が静電気の特性を初めて調査し始めたのは2019年で、2つの素材をこすり合わせると、それぞれの物体の表面にわずかな変化が生じることを発見した。この動きによって電圧が発生した。そこからチームは、「弾性せん断」という概念に基づく新しいモデルを作成した。弾性せん断は、物体が滑る力に抵抗し、その過程で摩擦が生じるたびに発生する。ナノサイズの変形の両側で摩擦が蓄積すると、電荷の差によって電流が発生し、その結果ショックが発生する。

「私たちは電流を計算する新しいモデルを開発しました。さまざまなケースでの電流値は実験結果とよく一致しました」とマークス氏は語った。

マークス氏は、静電気というと、ほとんどの人が身の毛がよだつような初等科学実験や、ペットの毛をこすった後にドアノブに触れるようなことを連想するが、実際には、電荷は「単純な方法と深い方法の両方で」世界に多大な影響を及ぼしていると指摘する。日常的な例としては、コーヒーミルの帯電した豆が豆の風味を変えることがあげられる。しかし、静電気ショックは、粉末薬の投与の合併症や工場火災など、はるかに深刻な問題の原因にもなる。ほとんどの専門家は、ヒンデンブルク号の悲劇は静電気によって引き起こされた火災にかかっていた可能性が高いと考えている。関連するメカニズムをより深く理解することで、業界の専門家は、製品の効率を高め、作業環境をより安全にすることができる。

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「惑星を形成する粒子の凝集の重要な段階がなければ、地球はおそらく惑星ではなかったでしょう。この凝集は、粒子の衝突によって発生する静電気によって起こります」とマークスは説明した。「私たちの生活のどれだけが静電気に影響され、宇宙のどれだけが静電気に依存しているかは驚くべきことです」。そして今、数千年を経て、その重要な現象に正確な説明がつきました。