يجد العلماء أن كيفية شحن الأجسام عند لمسها تعتمد على تاريخها
إن البالون الذي يتم فركه على الشعر سوف يلتقط شحنة سالبة، ولكن العلماء لا يزالون لا يفهمون بالضبط كيف تتم هذه العملية.
افركي بالونًا على شعركِ، وعادةً ما يلتقط البالون شحنة كهربائية سالبة، بينما يلتقط شعركِ شحنة موجبة. لكن دراسة جديدة تُظهر أن الشحنة التي يلتقطها الجسم تعتمد على تاريخه. أفاد باحثون في مجلة "نيتشر" في 20 فبراير أن عدد مرات لمس الجسم لآخر يُحدد ما إذا كان الجسم قد أصبح مشحونًا سلبًا أم موجبًا عند لمسه مرة أخرى.
قد يكون هذا العمل خطوة نحو فهم آثار ظاهرة الكهرباء الساكنة، حيث تتراكم الشحنة الكهربائية على المواد بعد فركها أو لمسها. على الرغم من أن الكهرباء الساكنة ظاهرة يومية، إلا أن العلماء ما زالوا لا يفهمون كيفية انتقال الشحنة. تُعد هذه الظاهرة مهمة لكل شيء من العواصف الرعدية إلى التلقيح. لكن، يقول الفيزيائي سكوت وايتوكايتيس من معهد العلوم والتكنولوجيا النمساوي (ISTA) في كلوسترنوبرغ: "نحن ببساطة في جهل تام، جاهلون تمامًا، بما يحدث بالفعل".
لا يعرف العلماء ما الذي ينتقل من مادة لأخرى عند تلامس الأجسام. قد تكون إلكترونات، أو ذرات مشحونة كهربائيًا تُسمى أيونات، أو قطعًا صغيرة من المادة. حتى إمكانية إعادة إنتاج النتائج تُمثل صعوبة: فالتجربة نفسها قد تُعطي نتيجة مختلفة في أيام مختلفة أو في مختبرات مختلفة. وهذا ما جعل من الصعب استخلاص استنتاجات واضحة.
لذلك، قام وايتوكايتيس وزملاؤه بتبسيط الأمور. درسوا الشحنة الكهربائية في تجارب على مادة واحدة، وهي بوليمر إسفنجي يُسمى بولي دايميثيل سيلوكسان، أو PDMS. قاموا بتلامس مربعات مختلفة من المادة معًا، لقياس الشحنة المنقولة. (تُساعد هذه الإسفنجية في ضمان اتصال جيد بين الجسمين في التجارب).
استخدم العلماء جهازًا لخلط عينتين من بوليمر إسفنجي، PDMS (أخضر)، وقياس الشحنة الكهربائية المتبادلة.
في البداية، بدا أن العينات تتبادل الشحنات عشوائيًا. لكن في النهاية، اكتشف الباحثون نمطًا. فالعينة التي تم لمسها عدة مرات تُشحن شحنة سالبة عند لمسها لعينة جديدة.
كما وجد الباحثون أن العينات تُشكل ما يُعرف بسلسلة الاحتكاك الكهربائي. وهو ترتيب يعتمد على أي مادة في الزوج تستقبل شحنة سالبة وأي مادة تستقبل شحنة موجبة عند لمسها. على سبيل المثال، عادةً ما يستقبل البالون شحنة سالبة عند لمسه لشعرك. أما البالون الذي تم لمسه للتفلون، فسيستقبل شحنة موجبة عادةً. عادةً ما تتضمن سلسلة الاحتكاك الكهربائي أنواعًا مختلفة من المواد، لكن قطع PDMS المختلفة تُشكل سلسلتها الخاصة أيضًا. وكان لتاريخ التلامس أهمية أيضًا. فقد تشكلت سلسلة الاحتكاك الكهربائي بعد أن تعرضت العينات للعديد من التلامسات السابقة.
فحص الباحثون عينات PDMS بالتفصيل لتحديد سبب التأثير. ووجدوا أن العينات التي تم لمسها بشكل متكرر كانت أكثر سلاسة على نطاقات مسافة صغيرة جدًا تبلغ حوالي 10 نانومتر.
ما يعنيه ذلك بالنسبة لأسرار الكهرباء الساكنة ليس واضحًا بعد. لكن النتيجة تُلقي الضوء على مصدر بعض الالتباس. يقول المهندس الكيميائي دانيال لاكس من جامعة كيس ويسترن ريزيرف في كليفلاند: "يساعدنا ذلك على فهم استحالة إعادة الإنتاج السابقة، حيث توجد هذه المواد التي نظن أنها جميعها متشابهة، ولكن ستكون هناك اختلافات دقيقة في البنية النانوية". ويضيف: "أعتقد أن هذه نتيجة أساسية".
يقول الفيزيائي خوان كارلوس سوبارزو، من معهد ISTA أيضًا، والذي أجرى التجارب: "كان الاكتشاف مزيجًا من الصدفة والعناد الشديد من جانبي". عندما لم تنجح التجارب كما هو متوقع، حاول إجراؤها مرة أخرى، يومًا بعد يوم، حتى نجحت. قاد هذا الباحثين إلى إدراك أن التكرار بحد ذاته كان مفتاحًا للحصول على سلسلة كهربائية احتكاكية، حيث كان لا بد من لمس العينات عدة مرات. "لو لم أكن قد اتبعت حدسي، لكان من الممكن أن نغفل أهمية تاريخ التلامس".
يبدو أن سوبارزو كان على قدر المسؤولية.
المصدر: