افرك بالونًا على شعرك، وعادةً ما يكتسب البالون شحنة كهربائية سالبة، بينما يصبح شعرك موجبًا. لكن دراسة جديدة تظهر أن الشحنة التي يكتسبها الجسم يمكن أن تعتمد على تاريخه. عدد المرات التي لمس فيها جسم آخر تحدد ما إذا كان الجسم سيصبح مشحونًا سالبًا أو موجبًا عند لمسه مرة أخرى، كما أفاد الباحثون في عدد 20 فبراير من مجلة Nature.
يمكن أن تكون هذه الدراسة خطوة نحو فهم التأثيرات وراء ظاهرة الكهرباء الساكنة، حيث تتراكم الشحنة الكهربائية على المواد بعد فركها أو لمسها معًا. على الرغم من أن الكهرباء الساكنة هي ظاهرة يومية، إلا أن العلماء لا يزالون لا يفهمون كيفية انتقال الشحنات. هذه الظاهرة مهمة لكل شيء بدءاً من العواصف الرعدية إلى التلقيح. ولكن، “نحن ببساطة غير مدركين تماماً لما يحدث فعلاً”، كما يقول الفيزيائي سكوت ويتوكيتيس من معهد العلوم والتكنولوجيا في النمسا (ISTA) في كلوسيرنوبورغ.
لا يعرف العلماء ما الذي يتم نقله من مادة إلى أخرى عندما تلمس الأجسام بعضها البعض. قد يكون الإلكترونات أو الذرات المشحونة كهربائيًا المعروفة بالأيونات أو قطع صغيرة من المادة. حتى إعادة إنتاج التجارب تمثل تحديًا: يمكن أن تعطي نفس التجربة نتائج مختلفة في أيام مختلفة أو في مختبرات مختلفة. وقد جعل ذلك من الصعب استخلاص استنتاجات واضحة.
لذا قام ويتوكيتيس وزملاؤه بتبسيط الأمور. درسوا الشحنة الكهربائية في تجارب باستخدام مادة واحدة فقط، وهي بوليمر مرن يسمى بوليديميثيلسيلوكسين (PDMS). قاموا بلمس مربعات مختلفة من المادة معاً وقياس الشحنة المنقولة (تساعد المرونة على ضمان اتصال جيد بين الجسمين أثناء التجارب).
في البداية، بدا أن العينات تتبادل الشحن بشكل عشوائي. لكن لاحقاً اكتشف الباحثون نمطاً معيناً؛ كانت العينة التي تم لمسها بعينات أخرى عدة مرات تشحن سلبياً عند لمس عينة جديدة.
كما وجد الباحثون أن العينات شكلت ما يُعرف بسلسلة الكهروستاتيكية (triboelectric series). وهي ترتيب يعتمد على أي مادة تأخذ شحنة سالبة وأي تأخذ شحنة موجبة عند اللمس. فعلى سبيل المثال، عادةً ما يصبح البالون سالبًا عندما يلامس شعرك؛ لكن البالون الذي يلامس التفلون يحصل عادةً على شحنة موجبة. عادةً ما تشمل سلسلة الكهروستاتيكية أنواع مختلفة من المواد، ولكن قطع PDMS المختلفة شكلت سلسلتها الخاصة أيضًا؛ حيث كانت تاريخ الاتصال مهمًّا هناك أيضًا؛ فقد تشكلت سلسلة الكهروستاتيكية بعد العديد من الاتصالات السابقة بين العينات.
قام الباحثون بفحص عينات PDMS بالتفصيل لتحديد سبب هذا التأثير واكتشفوا أن العينات التي تم لمسها بشكل متكرر كانت أكثر نعومة بمقاييس مسافة صغيرة تصل إلى حوالي 10 نانومترات.
ما يعنيه ذلك بالنسبة لألغاز الكهرباء الساكنة ليس واضحًا بعد؛ ولكن النتيجة توضح مصدر بعض الالتباسات السابقة حول هذا الموضوع. ”إنه يساعد [نا] لفهم عدم القابلية للتكرار السابقة لأن لديك هذه المواد التي تعتقد أنها جميعها متشابهة ولكن سيكون هناك اختلافات دقيقة في الهيكل النانوي”، كما يقول المهندس الكيميائي دانييل لاكس من جامعة كيس ويسترن ريزيرف في كليفلاند.” أعتقد أنه نتيجة رئيسية.”
كانت الاكتشاف “مزيج بين الصدفة والعناد الخالص مني”، كما يقول الفيزيائي خوان كارلوس سوبرزو ، أيضاً عضو ISTA والذي أجرى التجارب . عندما لم تعمل التجارب كما هو متوقع ، حاول مرة أخرى يوميًا حتى نجحت . أدى ذلك بالباحثين إلى إدراك أهمية التكرار نفسه للحصول على سلسلة كهروستاتيكية ، حيث كان يجب لمسة العينات عدة مرات . “لو لم أتبع حدسي ، لكان بإمكاننا تفويت أهمية تاريخ الاتصال.”
Sobarzo يبدو أنه كان لديه اللمسة الصحيحة فقط.
