跳到主要内容
移动世界。
什么是静电?我们也许终于有了答案。

标题图像:©Login / Adobe Stock

在西北大学校园的某个地方,可能找到了一个2600年之久的谜题的答案:静电到底从何而来。每一种已知的材料都能创造它,而它的能量往往与它所需要的能量不成比例。然而,令人惊讶的是,这种日常的电现象并没有被广泛接受的科学解释——也许,直到现在。

隐藏在茂密的数学丛中的解决方案是由Alex Lin和Christopher Mizzi,两个在教授劳伦斯队的实验室工作的西北博士生。他们的答案在于材料表面上的微观突起,并且在几十年被忽视的两个旧物理概念中。

如果模型持有,它可能具有广泛的实际应用,帮助科学家抑制了静态火花,在那里它们可能是危险的 - 也许甚至可以利用静电到电力医疗器械或提高风力发电机。

示意图显示了两个常见的静态电力经验中的电流。特蕾莎斯塔顿的插图。

示意图显示了两个常见的静态电力经验中的电流。特蕾莎斯塔顿的插图。

静电产生的原因是什么?

“每个人都见过摩擦电,”马克斯用他低沉、简洁的英语口音说,他用的是静电的科学术语。“但当你开始问‘为什么会发生这种情况?没有人真正知道。或者至少没人知道,至少在我看来是这样。”

西方世界对这一现象的第一次记录是在公元前600年。希腊哲学之父米利都的泰勒斯曾用一块琥珀摩擦毛皮。他的新皮开始吸引灰尘,就像《无限的笑话》的副本。从那以后,出现了许多关于静电产生原因的理论;没有一个被所有人接受。

标记认为答案可能是我们已经理解的两种现象:摩擦和柔性电。摩擦很好地理解,对于静电,以某种方式,任何人都可以在地毯上擦袜子的任何人都可以证明。

另一个组件(flexexelectricity)有点奇特。所有的材料都有分子结构,当这种结构不规则弯曲时,这种移动就会产生电荷。马克斯认为,将这两个概念结合起来可能会创建一个有用的摩擦电模型。

马克斯笑着说:“我最终说服了亚历克斯(林饰)和克里斯(米齐饰),他们完成了大部分工作。”林徽因和米姿反复思量,经过半年的努力,终于找到了自己的模特。

即使看起来完全平坦的表面也覆盖着纳米级的小突起。当这些微小的突起相互摩擦时,由于摩擦,它们会产生挠性电;这种效应产生的电荷就产生了我们所说的静电。这是一个漂亮的简单模型,由磨损的零件制成,尽管它解释的过程很复杂。

Marks Lab认为,在材料表面上的微小突起产生极化时弯曲。这种效果,称为柔性电性,然后是导致静电的原因。劳伦斯标志/西北部的原理图。

Marks Lab认为,在材料表面上的微小突起产生极化时弯曲。这种效果,称为柔性电性,然后是导致静电的原因。劳伦斯标志/西北部的原理图。

但要证明它,林和米西不得不倾注科学纪录,寻找模型摩擦和柔性电性的方程。淋浴思维刺破了这个过程,踩到了与千禧年的谜团跳舞。他们在线搜索论文,收集他们可能需要的所有方程,然后通过手工通过数学工作,直到最后将数字和符号覆盖成一个真正奏效的模型。

“最终,我们想要捕捉它的全貌,”林说。

Michael Mcalpine表示,该模型是明尼苏达大学工程学教授的迈克尔·麦克尔宾斯。“这是一个如此简单的解释,我很惊讶我没有把手指放在那里,”麦利人说。COMPAM的剃刀批准的最终结果,以及模型从尝试和真实方程式建立的事实,使模型也很有吸引力。

该模型提供了相同类型的材料之间产生的静电解释,但是在其他类型的材料中导致它的原因 - 例如,液体摩擦液 - 需要对模型进行测试。地球上的每一种材料都可以造成静电,因此测试对象没有短缺。

结果

如果该模型被证明是准确的,那么它的应用范围将会非常广泛。纳米发电机是一种微小的设备,可以收集惊人的强大的静电能量。有了足够的基础知识,我们就可以开始利用任何摩擦对任何材料产生的力。

想象一下,我们能够创造一个屋顶,利用雨滴的力量——雨水流过表面的摩擦力——产生摩擦电,为下面的建筑提供动力。

WUENTEN工程助理教授WUENTERINGELING LIFDUE撰写摩托教授,摩擦力有很多潜力。吴说,如果更好地了解静电的基础知识,我们可以最大限度地提高风或波发电机的效率。

身体自身的运动可用于电源内部医疗设备。想象一下,我们能够创造一个屋顶,利用雨滴的力量——雨水流过表面的摩擦力——产生摩擦电,为下面的建筑提供动力。

或者模型可以有助于确切的对面。基本知识可能导致更好的控制,甚至消除静电。在您需要避免火花的任何环境中,该现象令人震惊。准确地了解摩擦电性的原因可以为如何防止它奠定基础。

Mizzi说:“人们一直在思考这个问题,也在经历这个问题,但很长一段时间里,他们甚至没有意识到自己正在经历什么。”“它的范围真的很简洁,也很令人敬佩。”

下一个

医疗创新
宾夕法尼亚大学的科学家们只需在眼睛中注射一针就可以纠正遗传缺陷
反义寡核苷酸治疗
医疗创新
宾夕法尼亚大学的科学家们只需在眼睛中注射一针就可以纠正遗传缺陷
反义寡核苷酸疗法使用小分子改变RNA。研究人员现在已经使用这些分子来缓解一种遗传形式的失明。

反义寡核苷酸疗法使用小分子改变RNA。研究人员现在已经使用这些分子来缓解一种遗传形式的失明。

机器人
四足机器人可以打破一条腿并继续前进
四足机器人
机器人
四足机器人可以打破一条腿并继续前进
Dyret是一种形状转换的四叉机器人,可以改变其腿的长度。这有助于它跨越不同的地形或占任何伤害。

Dyret是一种形状转换的四叉机器人,可以改变其腿的长度。这有助于它跨越不同的地形或占任何伤害。

动物
AI可以找到来自太空的濒危大象
AI可以找到来自太空的濒危大象
动物
AI可以找到来自太空的濒危大象
突破性技术使用人工智能来跟踪来自空间的大型动物,即使在复杂的地形中。

突破性技术使用人工智能来跟踪来自空间的大型动物,即使在复杂的地形中。

航空航天
可重复使用的火箭:让太空更实惠
可重复使用的火箭
航空航天
可重复使用的火箭:让太空更实惠
像Spacex开发的那样可重复使用的火箭在太空勘探中迎来了一个新的,更便宜的时代

像Spacex开发的那样可重复使用的火箭在太空勘探中迎来了一个新的,更便宜的时代

人工智能
预测妊娠并发症的人工智能可以挽救生命
胎盘考试
人工智能
预测妊娠并发症的人工智能可以挽救生命
通过预测未来发生先兆子痫的风险,人工智能可能会拯救母亲和婴儿的生命。

通过预测未来发生先兆子痫的风险,人工智能可能会拯救母亲和婴儿的生命。

未来的医学
新药可以提供长期的艾滋病预防
艾滋病毒预防
未来的医学
新药可以提供长期的艾滋病预防
艾滋病毒预防通常需要每日药丸。一个新的可注射药物一次可以在一个月内工作。

艾滋病毒预防通常需要每日药丸。一个新的可注射药物一次可以在一个月内工作。

公共卫生
FDA将开始测试氯喹作为冠状病毒治疗药物
氯喹
公共卫生
FDA将开始测试氯喹作为冠状病毒治疗药物
FDA宣布计划开始测试抗疟疾药物氯喹,作为COVID-19背后的新型冠状病毒的潜在治疗药物。

FDA宣布计划开始测试抗疟疾药物氯喹,作为COVID-19背后的新型冠状病毒的潜在治疗药物。

分派
每个细胞的DNA都不一样
每个细胞的DNA都不一样
分派
每个细胞的DNA都不一样
你的身体开始具有单个细胞和单一的遗传密码。但它并没有那么长时间留下来。

你的身体开始具有单个细胞和单一的遗传密码。但它并没有那么长时间留下来。