14:31 2024-04-10
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Știința șocului static a intrat în secolul 21
_ Știința staticii șocul zguduit în secolul al XXI-lea
Să treci peste covor pentru a zdrobi un prieten poate fi cel mai vechi truc din carte, dar la un nivel profund, această farsă încă îi încurcă pe oamenii de știință, chiar și după mii de ani de studiu.
Acum, cercetătorii de la Princeton au declanșat o nouă viață în statică. Folosind milioane de ore de timp de calcul pentru a rula simulări detaliate, cercetătorii au găsit o modalitate de a descrie sarcina statică atom cu atom cu matematica căldurii și a muncii. Lucrarea lor, „Forțele motrice termodinamice în electrificarea de contact între materialele polimerice”, apare în Nature Communications.
Studiul a analizat în mod special modul în care sarcina se mișcă între materiale care nu permit fluxul liber al electronilor, numite materiale izolatoare. , cum ar fi vinilul și acrilul. Cercetătorii au spus că nu există o viziune stabilită cu privire la mecanismele care determină aceste zguduiri, în ciuda omniprezentei statice: trosnetul și zgomotul hainelor scoase dintr-un uscător, ambalând alune care se agață de o cutie.
„Știm. nu sunt electroni”, a spus Mike Webb, profesor asistent de inginerie chimică și biologică, care a condus studiul. „Ce este?”
Webb și-a pus prima întrebare această întrebare în calitate de cercetător postdoctoral la Universitatea din Chicago. S-a nedumerit cu colegii, nedumerit că un fenomen atât de comun ar putea fi atât de prost înțeles. Dar cu cât priveau mai mult, cu atât întrebările deveneau mai insurmontabile. „Părea pur și simplu la îndemână”, a spus el.
Nu era la îndemână de când Thales din Milet a frecat prima dată chihlimbarul cu blana și a privit chihlimbarul (greacă: elektron) strângând pene și praf — 26 de secole în urmă. Thales a fost unul dintre primii oameni care a explicat natura mai degrabă prin rațiune decât prin forțe supranaturale. El a jucat un rol critic în dezvoltarea filozofiei și în cele din urmă a științei. În ciuda profunzimii și lărgimii cunoștințelor acumulate de-a lungul mileniilor următoare, în ciuda nenumăratelor tehnologii născute din acele cunoștințe, știința, în tot acest timp, nu a crăpat niciodată statică. Poate că nu s-ar întâmpla niciodată.
La Princeton, Webb a ajuns să vorbească cu colegul său Sankaran Sundaresan, un expert de top în inginerie reacțiilor chimice, care este specializat în fluxul de materiale în camerele gazoase. În acele medii, încărcate cu substanțe chimice volatile, o scânteie rătăcită ar putea fi mortală. Sundaresan a lucrat cu încărcătură statică de zeci de ani, folosind date experimentale fiabile pentru a prezice, dar nu a înțelege pe deplin modul în care sarcina s-a mișcat în aceste sisteme.
„Tratez asta ca pe o cutie neagră”, a spus Sundaresan, normanul John Sollenberger. Profesor în Inginerie. „Facem niște experimente și experimentele îmi spun: asta se întâmplă. Aceasta este taxa.” Lucrează până la limită și notează cu atenție ceea ce vede. Ce se întâmplă în interiorul cutiei negre rămâne un mister.
Un lucru pe care îl găsești indiferent unde te uiți, totuși, potrivit lui Sundareșan, sunt urme de apă. Moleculele de apă încărcate sunt peste tot, aproape în orice, agățate de aproape orice suprafață de pe Pământ. Chiar și în condiții extrem de aride, în condiții de căldură intensă, ionii de apă rătăciți se acumulează în oaze microscopice care adăpostesc încărcătură electrică.
De altfel, Thales este cel mai bine cunoscut nu pentru munca sa asupra electricității, ci pentru un proiect și mai grandios. El a propus că întreaga natură este făcută din apă, că apa este substanța Ur, chestia esențială. A fost prima încercare de a o teorie unificată a tuturor. Aristotel a notat totul.
De-a lungul carierei lui Sundaresan, el și colegii săi au micșorat acea cutie neagră, astfel încât misterele au fost împinse din ce în ce mai adânc. Dar mistere rămân.
Conversația dintre el și Webb a dus la o înțelegere reciprocă. Sundaresan a avut zeci de ani de perspectivă asupra datelor de la reactoare, iar Webb a putut aplica tehnici sofisticate de calcul la scară atomică pentru a analiza acești ioni de apă din perspectiva termodinamicii.
Câtă energie ar fi nevoie ca un ion de apă să treacă de la suprafață la suprafață? Poate asta ar explica ce se întâmpla în cutia neagră a lui Sundareșan. Puzzle-ul nerezolvat din zilele postdoc ale lui Webb a fost deblocat.
Prin modelarea relației dintre moleculele de apă încărcate și cantitatea de energie pe care acele molecule au la dispoziție pentru a le propulsa între suprafețe, Webb și studentul absolvent Hang Zhang au demonstrat un lucru foarte precis. o aproximare matematică a modului în care sarcina electrică se mișcă între două materiale izolatoare.
Cu alte cuvinte, au folosit matematica pentru a simula mișcarea a aproximativ 80.000 de atomi. Aceste simulări corespundeau observațiilor din viața reală cu un grad foarte înalt de precizie. Se pare că, după toate probabilitățile, șocul static este o funcție a apei și, mai precis, a energiei libere a ionilor de apă rătăciți.
Cu acest cadru, Webb și Zhang au dezvăluit bazele moleculare ale acelor șocuri familiare. cu detalii infinitezimale. Au aruncat larg cutia neagră a lui Sundareșan. Dacă Thales ar putea vedea.
Comentarii:
Adauga Comentariu