Starożytny grecki filozof i matematyk Tales z Miletu jako pierwszy opisał elektrostatyczność już w VI w. p.n.e., ale naukowcy przez długi czas nie wiedzieli, co ją wywołuje. Niedawno wykonali jednak ogromny krok w kierunku zrozumienia, na jakich zasadach działa ten proces.
Bez względu na to, jak gładka wydaje się powierzchnia, to w odpowiednim zbliżeniu zobaczymy w niej zagłębienia. Każda powierzchnia, od balonów po włókna takie jak wełna czy włosy, jest pokryta mikroskopijnymi nierównościami. Są one odpowiedzialne za wytwarzanie elektrostatyczności.
W skali kosmicznej, z dużej odległości, Ziemia mogłaby się wydawać gładka i równa. Wiadomo jednak, że w bliższej perspektywie wcale taka nie jest. Podobnie działa to w przypadku różnorakich powierzchni, choć dzieje się to na mniejszą skalę, rzecz jasna.
Kiedy powierzchnie dwóch obiektów ocierają się o siebie, ich nierówności tworzą tarcie. Naukowcy od dawna wiedzą, że tarcie odgrywa kluczową rolę w elektrostatyczności. Warto zwrócić uwagę na fakt, że najłatwiej jest wywołać oddziaływania elektrostatyczne za pomocą materiałów ograniczających elektryczność, znanych jako izolatory, takich jak guma, wełna czy włosy. W prądzie elektrycznym elektrony wytwarzają prądy przepływając przez atomy w materiałach przewodzących, takich jak drut miedziany. Ale atomy izolatorów nie pozwalają elektronom łatwo się poruszać.
Autorzy nowego badania odkryli, że elektrostatyczność powstaje, gdy nierówności w izolatorach ocierają się o siebie i zakłócają obłoki elektronów. Ponieważ elektrony w izolatorach nie mogą się łatwo poruszać, to tarcie może zmieniać kształty chmur elektronów. W tych materiałach chmura elektronów wokół atomów jest zazwyczaj symetryczna. Ale jeśli ściśniemy tę chmurę, zdeformuje się, stając się asymetryczna. W odpowiednich warunkach, ten nowy kształt może rozłożyć napięcie nierównomiernie na całym materiale.
Np. podczas chodzenia w skarpetkach po dywanie, połączenie masy ciała i ruchów nóg powoduje, że włókna w skarpetach ocierają się o włókna w dywanie. Kiedy te dwa materiały ocierają się o siebie w ten sposób, uderzenia na jednej powierzchni ciągną się wzdłuż nierówności na przeciwległej powierzchni, powodując ich zginanie. Kiedy dochodzi do tego zgięcia, chmury elektronów w atomach, które składają się na nierówności, ulegają zakrzywieniu w asymetryczne kształty, powodując małą różnicę w napięciu.
Choć niewielkie, te zmiany napięcia sumują się. Nierówności są tak liczne, że powodują znaczne nagromadzenie się ładunków elektrostatycznych – i co najmniej jednego na tyle silnego, że można go poczuć, dotykając klamki bądź czyjejś ręki.
