En la antigua Grecia, el filósofo Tales de Mileto notó algo extraño. Cuando frotaba piel sobre ámbar, este atraía polvo. Esta observación aparentemente trivial fue la primera documentación de la electricidad estática. Durante más de 2600 años, los científicos han luchado por comprender en detalle qué causaba este extraño efecto. Ahora, gracias a una nueva investigación, finalmente sabemos la respuesta.
“Por primera vez, podemos explicar un misterio que nadie pudo antes: por qué importa el roce”, dijo el científico de materiales Laurence Marks de la Universidad Northwestern.
La clave está en cómo las diferentes deformaciones de los materiales durante el deslizamiento crean cargas eléctricas.
“La gente lo ha intentado, pero no pudo explicar los resultados experimentales sin hacer suposiciones que no estaban justificadas o eran justificables”, agregó Marks.
“Ahora podemos… El simple hecho de tener diferentes deformaciones, y por lo tanto diferentes cargas, en la parte delantera y trasera de algo que se desliza genera corriente”.
Una solución simple para un rompecabezas complejo
La electricidad estática se produce cuando dos materiales se frotan entre sí, lo que genera una transferencia de carga. Este efecto, conocido como triboelectricidad, ocurre cuando pequeñas imperfecciones en las superficies de los materiales se deforman bajo fricción. Estas deformaciones dan como resultado diferencias en la carga eléctrica entre la parte delantera y trasera de los materiales deslizantes, algo que Marks y sus colegas descubrieron en un estudio anterior de 2019.
En aquel entonces, descubrieron que frotar los materiales entre sí creaba protuberancias microscópicas que generaban voltaje. Esta deformación es esencial para el desarrollo de la electricidad estática.
Ahora, el equipo ha logrado un nuevo avance al desarrollar un modelo que explica el mecanismo central: el esfuerzo cortante elástico. El esfuerzo cortante elástico describe cómo los materiales resisten el movimiento deslizante, creando fricción. Esta fricción acumula cargas en diferentes partes de los materiales, produciendo una corriente y, en última instancia, una descarga estática.
“Desarrollamos un nuevo modelo que calcula la corriente eléctrica”, explicó Marks. “Los valores de la corriente para una variedad de casos diferentes coincidían bien con los resultados experimentales”.
“El deslizamiento y el esfuerzo cortante están íntimamente conectados”, agregó.
Por qué es importante
La electricidad estática puede parecer una molestia trivial (pensemos en el crujido que se produce al cepillarse el pelo o en la descarga que se produce al tocar el pomo de una puerta), pero sus efectos van mucho más allá de la vida cotidiana. La electricidad estática puede crear peligros reales, en particular en entornos industriales y de fabricación. Las chispas que se generan por la acumulación de electricidad estática pueden provocar incendios, y la electricidad estática puede incluso alterar el sabor de los granos de café en los molinillos.
Marks señala que la electricidad estática desempeña un papel a una escala mucho mayor. “La Tierra probablemente no sería un planeta sin un paso clave en la aglomeración de partículas que forman planetas, que se produce debido a la electricidad estática generada por la colisión de granos”, añadió el investigador.
Esta investigación no resuelve todos los aspectos de la triboelectricidad, pero proporciona una pieza crucial del rompecabezas. La capacidad de controlar y predecir la electricidad estática podría tener aplicaciones significativas en campos que van desde la medicina hasta la industria aeroespacial, donde pequeñas descargas eléctricas pueden tener grandes consecuencias.
Más experimentos ayudarán a refinar los detalles. Los científicos esperan que con el tiempo comprendan por completo la triboelectricidad y encuentren formas de prevenirla o controlarla en entornos donde represente un riesgo. Por ahora, después de miles de años, finalmente tenemos una respuesta a uno de los misterios más antiguos de la ciencia.
Los hallazgos fueron publicados en la revista Nano Letters.
Fuente: ZME Science.
