Giải mã bí ẩn làm khoa học đau đầu suốt 2.000 năm: Vì sao cọ xát tạo ra điện?

Một nghiên cứu mới từ Đại học Northwestern cuối cùng đã làm sáng tỏ cơ chế đằng sau hiện tượng cọ xát tạo ra điện.

Bất kỳ ai từng vuốt ve mèo hoặc đi chân trần trên thảm đều biết rằng việc cọ xát các vật thể với nhau sẽ tạo ra tĩnh điện. Tuy nhiên, một lý giải thỏa đáng cho hiện tượng này đã làm đau đầu giới khoa học suốt hơn 2.000 năm qua.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nano Letters cho thấy khi một vật thể trượt, phần trước và phần sau của vật thể đó chịu các lực khác nhau. Sự khác biệt về lực này khiến các điện tích khác nhau tích tụ ở phần trước và sau của vật thể. Và sự chênh lệch điện tích tạo ra dòng điện, dẫn đến một tia điện gây sốc nhẹ.

Vuốt ve mèo sẽ tạo ra tĩnh điện - (Ảnh minh họa: mccormick.northwestern.edu).

Giáo sư Laurence Marks, người dẫn đầu nghiên cứu, nhấn mạnh: "Lần đầu tiên, chúng tôi có thể giải thích một bí ẩn mà trước đây không ai làm được: tại sao việc cọ xát lại đóng vai trò quan trọng.

Mọi người đã cố gắng, nhưng họ không thể giải thích kết quả thực nghiệm mà không đưa ra các giả định không có cơ sở hoặc không thể biện minh. Bây giờ chúng tôi đã thành công và câu trả lời đơn giản đến bất ngờ. Chỉ cần có sự biến dạng khác nhau, dẫn đến các điện tích khác nhau, ở phía trước và phía sau của một vật đang trượt là đủ để tạo ra dòng điện".

Giáo sư Marks tiết lộ, đội ngũ nghiên cứu đã tạo ra một mô hình mới để tính toán dòng điện, trong đó khái niệm "cắt đàn hồi" giữ vai trò quan trọng.

“Cắt đàn hồi” có thể xảy ra khi một vật liệu chống lại lực trượt. Nếu một người đẩy một cái đĩa trên bàn, cái đĩa sẽ chống lại việc trượt. Ngay khi người đó ngừng đẩy, đĩa sẽ ngừng di chuyển. Lực ma sát mới này, do chiếc đĩa chống lại việc trượt, khiến các điện tích di chuyển.

"Trượt và cắt có liên quan mật thiết với nhau", Marks giải thích.

Ông cũng nhấn mạnh tĩnh điện ảnh hưởng đến cuộc sống theo cả cách đơn giản và sâu sắc. "Nó ảnh hưởng đến cách hạt cà phê được xay và hương vị của chúng. Trái đất có lẽ sẽ không thể trở thành một hành tinh nếu không có bước quan trọng trong quá trình kết tụ các hạt tạo thành hành tinh, vốn xảy ra do tĩnh điện được tạo ra bởi các hạt va chạm", ông nói.

Hiện tượng tĩnh điện do ma sát đã được nhà triết học Hy Lạp Thales người Miletus ghi lại lần đầu tiên vào năm 600 trước Công nguyên. Sau khi cọ xát hổ phách với lông thú, ông nhận thấy lông thú hút bụi.

Mặc dù tĩnh điện có thể gây ra những sự cố hài hước, như tóc dựng đứng sau khi trượt xuống cầu trượt sân chơi, hiện tượng này cũng có thể dẫn đến những vấn đề nghiêm trọng. Ví dụ, tia lửa từ tĩnh điện gây ra hỏa hoạn, thậm chí là nổ trong ngành công nghiệp.

Tĩnh điện cũng có thể cản trở việc định lượng nhất quán cho các dược phẩm dạng bột.

• Lý giải chăn, quần áo phát điện mùa đông
• Tại sao lông tóc lại dựng đứng vào ngày trời khô, lạnh?
• Tại sao hay bị giật “tê tê” khi chạm vào đồ vật trong mùa đông?