Цивилизация
Ученым стало известно, каким образом нейтральные частицы песка или пыли при соударениях могут набирать большой электрический заряд, который является причиной неожиданных грозовых разрядов даже в самых сухих пустынях на Земле, сообщается в статье исследователей, опубликованной в онлайн выпуске Nature Physics.
Открытие механизма этого явления может быть использовано в некоторых типах промышленных производств.
Появление заряда у больших скоплений диэлектрических частиц - явление, не только приводящее к трудно объяснимым грозовым разрядам в пустынях, но и способное вызвать неожиданные взрывы на промышленных предприятиях по переработке сахара или угля, где большое количество мелких частиц часто оказывается взвешено в воздухе в виде мельчайшей пыли.
Несмотря на то, что чаще всего при объяснении подобного эффекта физики упоминают статическое электричество, Трой Шинброт, автор нового исследования из Университета Ратжерса в США, предложил альтернативную теорию. Ученый обратил внимание на тот, факт, что в сухих условиях пустыни диэлектрические частицы песка не проводят электричество, а потому обмен зарядом между ними происходить не должен.
В своей теории генерации большого электрического заряда скоплениями таких частиц ученый использовал представление частиц в виде шаров. Будучи помещенными во внешнее электрическое поле, эти шары должны поляризоваться: одно их полушарие приобретает положительный заряд, а второе - отрицательный.
В результате попарного взаимодействия шаров, контакта полушарий с разными зарядами, два их соприкасающихся полушария должны взаимно нейтрализовать свои заряды, тогда как не соприкоснувшиеся должны свой заряд сохранить. После разъединения частиц они вновь поляризуются, однако то полушарие каждой из них, которое не вступило во взаимодействие с другой частицей, приобретает дополнительный электрический заряд.
Таким образом шары-частицы в теории могут набрать очень большой электрический заряд, несмотря на то, что изначально они были электрически нейтральны.
Вопреки тому, что эта идея у самого разработчика теории вызвала большие сомнения, компьютерное моделирование показало, что она, на самом деле, жизнеспособна. Более того, с помощью этой модели ученый даже смог рассчитать оптимальную плотность частиц, при которой этот эффект наиболее выражен.
После этого Шинброт провел экспериментальную проверку своей гипотезы, поместив в банку окрашенные стеклянные шарики и создав внутри нее электрическое напряжение в 30 тысяч вольт. После этого через банку пропускался поток воздуха, перемешивающий частицы. Если значение их плотности было отличным от того, что предсказала модель, то лишь некоторые из них оказывались способны набрать нужный электрический заряд, который бы приводил к их левитации в электрическом поле. В том же случае, если стеклянные шарики обладали нужной плотностью, левитировать в ходе эксперимента начинали многие из них, что говорит о наборе ими большого электрического заряда.
«Это может быть похоже на какое-нибудь эзотерическое исследование, но мне кажется, модель Шинброта, в итоге, может сослужить людям службу», - прокомментировал исследование Дэниел Лакс, эксперт из Университета Кейс Вестерн Резерв, США, слова которого приводит Nature News.
По его словам, набор заряда нейтральными частицами, используемыми в ряде промышленных производств, например, полимера полиэтилена, приводит к налипанию их на стенки реакторов, очистить которые можно, только остановив производство. С использованием новой модели технологический процесс можно улучшить для того, чтобы промышленный цикл останавливать не пришлось.
Теперь ученым предстоит понять, что является источником электрического поля в природных и промышленных процессах, с помощью которого происходит поляризация и набор заряда частицами.
