यदि आप ऊन के मोज़े में कालीन पर चलते हैं, तो एक बहुत अच्छा मौका है कि आप जिस अगले डोरकनॉब को स्पर्श करते हैं वह आपको एक चिंगारी के साथ आश्चर्यचकित करने वाला है। स्थैतिक बिजली इतनी आम है कि यह भूलना आसान है कि यह कितना अजीब है।
लेकिन वास्तव में क्या हो रहा है जब आप उन स्पार्क्स का सामना करते हैं?
प्राचीन यूनानी दार्शनिक और गणितज्ञ थेल्स ऑफ़ मिलेटस छठी शताब्दी ईसा पूर्व में स्थैतिक बिजली का वर्णन करने वाले पहले व्यक्ति थे, लेकिन वैज्ञानिकों ने उस मूल प्रश्न का उत्तर देने के लिए दशकों तक संघर्ष किया है। हालांकि, नैनोस्केल में काम करने वाले शोधकर्ताओं ने यह समझने की तलाश में एक बड़ा कदम आगे बढ़ाया है कि दो सतहों को एक साथ रगड़ने से झटका क्यों लग सकता है।
कोई फर्क नहीं पड़ता कि कोई सतह कितनी चिकनी दिखती है, जब आप पर्याप्त रूप से ज़ूम इन करते हैं, तो आप धक्कों और गड्ढों को देखेंगे। वैज्ञानिकों ने इन खामियों को "asperities" कहा है। हर सतह, गुब्बारे से लेकर ऊन या बाल जैसे तंतुओं तक, सूक्ष्म असंगतियों में समाहित है। और ये विशेषताएं स्थिर बिजली के उत्पादन के लिए जिम्मेदार हैं, क्रिस्टोफर मिज़ि, इवानस्टन, नॉर्थवेस्टर्न विश्वविद्यालय में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग में डॉक्टरेट के उम्मीदवार ने कहा।
फिजिकल रिव्यू लेटर्स, मिज्जी और उनके सह-लेखकों में सितंबर में प्रकाशित एक अध्ययन में पृथ्वी की सतह पर रोजमर्रा की वस्तुओं पर अदृश्य खामियों की तुलना में। यदि आप पृथ्वी को बहुत दूर से देखते हैं, तो ग्रह "बहुत चिकना दिखता है, एक परिपूर्ण क्षेत्र की तरह," मिज़ी ने कहा। हालांकि, हम जानते हैं कि वास्तव में, पृथ्वी चिकनी से बहुत दूर है, लेकिन आपको इसे देखने के लिए इसे करीब से देखना होगा। यह केवल तभी है जब आप कहते हैं कि आप दूर-दूर तक झूमते हैं कि पहाड़ और पहाड़ हैं। इसी तरह, परिचित वस्तुएं तब तक चिकनी दिखती हैं, जब तक उन्हें बंद नहीं किया जाता।
जब दो वस्तुओं की सतह एक दूसरे के खिलाफ रगड़ती हैं, तो उनकी असमानता एक साथ घुलती है, जिससे घर्षण पैदा होता है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से जाना कि घर्षण स्थैतिक बिजली में एक भूमिका निभाता है। (वास्तव में, स्थैतिक बिजली, त्रैमासिकता के लिए वैज्ञानिक शब्द, ट्राइबोलॉजी के साथ एक जड़ साझा करता है, जो घर्षण का अध्ययन है।)
नए अध्ययन में, मिज़ी और उनके सह-लेखकों ने दिखाया कि घर्षण के कारण होने वाली एस्परिटिज़ भी विद्युत आवेश में एक चौंकाने वाला अंतर पैदा करती हैं।
स्थैतिक बिजली के बारे में कुछ असामान्य बात यह है कि इन्सुलेटर्स के रूप में जाना जाने वाला बिजली-प्रतिबंधित सामग्री का उपयोग करना आसान है; इनमें रबर, ऊन और बाल शामिल हैं। वर्तमान बिजली में - बिजली का रोजमर्रा का रूप जिसमें फोन, लाइट और लगभग सभी अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स - इलेक्ट्रॉन तांबे के तार की तरह प्रवाहकीय सामग्रियों में परमाणुओं में प्रवाहित होकर धाराएं बनाते हैं। लेकिन इंसुलेटर के परमाणु इलेक्ट्रॉनों को आसानी से आने और जाने नहीं देते हैं; वे इलेक्ट्रॉन प्रवाह को रोककर अपना नाम कमाते हैं।
मिज्जी और उनके सहयोगियों ने पाया कि स्थैतिक बिजली का उत्पादन तब होता है जब इंसुलेटर में असपर्टी एक दूसरे के खिलाफ रगड़ते हैं और इलेक्ट्रॉन बादलों के साथ हस्तक्षेप करते हैं। चूंकि इंसुलेटर में इलेक्ट्रॉन आसानी से इधर-उधर नहीं जा सकते, इसलिए रगड़ने से इलेक्ट्रॉन बादल आकार से बाहर झुक सकते हैं।
उन सामग्रियों में, परमाणुओं के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों के बादल आमतौर पर सममित होते हैं। जब आप इन बादलों को देखते हैं, तो आप "मिज़ाई ने कहा," नीचे से बाएं, दाएं से नहीं बता सकते।
लेकिन अगर आप उस इलेक्ट्रॉन बादल को निचोड़ते हैं, तो यह विकृत हो जाता है, विषम हो जाता है। सही परिस्थितियों में, वह नया आकार सामग्री में असमान रूप से वोल्टेज वितरित कर सकता है, मिज्जी ने समझाया।
कालीन पर ऊन के मोज़े के साथ इसका क्या करना है? जैसे ही आप इस तरह के फुटवियर में चलते हैं, आपके शरीर के वजन और आपकी स्ट्रैसिंग मोशन के कारण आपके मोज़े में तंतु होते हैं, जो कालीन के तंतुओं से टकराते हैं। जब दो सामग्रियां इस तरह एक दूसरे के खिलाफ रगड़ती हैं, तो एक सतह पर धक्कों को विरोधी सतह पर asperities के साथ खींचें, जिससे वे झुकते हैं। जब यह झुकता है, तो परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन बादल जो असमानता बनाते हैं, विषम आकार में निचुड़ जाते हैं, जिससे वोल्टेज में बहुत कम अंतर होता है।
हालांकि छोटे, वोल्टेज में ये परिवर्तन जोड़ते हैं। असामान्यताएं इतनी अधिक होती हैं कि इलेक्ट्रॉन बादलों की फुहार स्थैतिक बिजली के एक महत्वपूर्ण निर्माण का कारण बनती है - एक शक्तिशाली आपके लिए यह महसूस करने के लिए जब आप एक डॉकर्नोब छूते हैं या किसी के हाथ को हिलाते हैं।
स्थैतिक बिजली की यह नई समझ वैज्ञानिकों को ऐसे कपड़े विकसित करने के लिए प्रभावित कर सकती है जो पहनने योग्य उपकरणों को चार्ज करने के लिए घर्षण-उत्पन्न शक्ति का उत्पादन करते हैं, जो अधिक कुशल बना सकता है। और एक बेहतर समझ के साथ कि कौन सी सामग्री आसानी से स्थैतिक बिजली बनाने में विफल रहती है, इंजीनियर सुरक्षित विनिर्माण वातावरण बनाने के लिए काम कर सकते हैं, उदाहरण के लिए धूल के कणों को नष्ट करके जो एक दूसरे के खिलाफ रगड़ से आग को चिंगारी कर सकते हैं।
"जब आपके पास एक मॉडल है, तो आप भविष्यवाणियां करना शुरू कर सकते हैं," मिज़ी ने कहा।
