L'elettricità statica è una parte onnipresente della vita quotidiana. È tutto intorno a noi, a volte divertente e ovvio, come quando ti fa rizzare i capelli, a volte nascosto e utile, come quando viene sfruttato dall'elettronica del tuo cellulare. I secchi mesi invernali sono l'alta stagione per un fastidioso aspetto negativo dell'elettricità statica: scariche elettriche come piccoli fulmini ogni volta che si toccano le maniglie delle porte o le coperte calde appena uscite dall'asciugatrice.
L'elettricità statica è uno dei più antichi fenomeni scientifici osservati e descritti. Il filosofo greco Talete di Mileto fece il primo racconto; nei suoi scritti del VI secolo a.C., ha notato che se l'ambra viene strofinata abbastanza forte, piccole particelle di polvere iniziano ad attaccarsi ad essa. Trecento anni dopo, Teofrasto fece seguito agli esperimenti di Talete strofinando vari tipi di pietra e osservò anche il "potere di attrazione". Ma nessuno di questi filosofi naturali ha trovato una spiegazione soddisfacente per ciò che hanno visto.
Ci sono voluti quasi 2000 anni in più prima che la parola inglese "elettricità" fosse coniata per la prima volta, basata sul latino "electricus", che significa " come l'ambra ". Alcuni degli esperimenti più famosi sono stati condotti da Benjamin Franklin nella sua ricerca per capire il meccanismo alla base dell'elettricità, che è uno dei motivi per cui la sua faccia sorride per la banconota da $ 100. La gente ha subito riconosciuto la potenziale utilità dell'elettricità.
Naturalmente, nel 18° secolo, le persone usavano principalmente l'elettricità statica nei trucchi magici e in altre esibizioni. Ad esempio, l' esperimento del " ragazzo volante " di Stephen Gray divenne una popolare dimostrazione pubblica: Gray usò una bottiglia di Leida per caricare il giovane, sospeso da corde di seta, e poi mostrò come poteva girare le pagine del libro tramite l'elettricità statica, o sollevare piccoli oggetti semplicemente sfruttando l'attrazione statica.
Basandosi sulle intuizioni di Franklin, inclusa la sua realizzazione che la carica elettrica ha un sapore positivo e negativo, e che la carica totale è sempre conservata, ora capiamo a livello atomico cosa causa l'attrazione elettrostatica, perché può causare mini fulmini e come sfruttare cosa può essere una seccatura per l'uso in varie tecnologie moderne.
Cosa sono queste piccole scintille?
L'elettricità statica si riduce alla forza interattiva tra le cariche elettriche . Su scala atomica, le cariche negative sono trasportate da minuscole particelle elementari chiamate elettroni. La maggior parte degli elettroni è ordinatamente impacchettata all'interno della massa della materia, che si tratti di una pietra dura e senza vita o del tessuto morbido e vivo del tuo corpo. Tuttavia, molti elettroni si trovano anche sulla superficie di qualsiasi materiale. Ogni diverso materiale trattiene questi elettroni di superficie con la sua forza caratteristica diversa. Se due materiali si sfregano l'uno contro l'altro, gli elettroni possono essere strappati dal materiale "più debole" e ritrovarsi sul materiale con una forza di legame più forte.
Questo trasferimento di elettroni, ciò che conosciamo come una scintilla di elettricità statica, avviene continuamente. Esempi famigerati sono i bambini che scivolano lungo uno scivolo del parco giochi, i piedi che si trascinano lungo un tappeto o qualcuno che si toglie i guanti di lana per stringere la mano.
Ma notiamo il suo effetto più frequentemente nei mesi secchi dell'inverno, quando l'aria ha un'umidità molto bassa . L'aria secca è un isolante elettrico, mentre l'aria umida funge da conduttore. Ecco cosa succede: nell'aria secca, gli elettroni rimangono intrappolati sulla superficie con la forza di legame più forte. A differenza di quando l'aria è umida, non riescono a trovare il modo di rifluire verso la superficie da cui sono venuti e non riescono a uniformare di nuovo la distribuzione delle cariche.
Una scintilla elettrica statica si verifica quando un oggetto con un'eccedenza di elettroni negativi si avvicina a un altro oggetto con meno carica negativa e l'eccedenza di elettroni è abbastanza grande da far "saltare" gli elettroni. Gli elettroni fluiscono da dove si sono accumulati - come su di te dopo aver camminato su un tappeto di lana - alla prossima cosa che contatti che non ha un eccesso di elettroni come una maniglia.
Quando gli elettroni non hanno un posto dove andare, la carica si accumula sulle superfici, fino a raggiungere un massimo critico e si scarica sotto forma di un minuscolo fulmine. Dai agli elettroni un posto dove andare - come il tuo dito teso - e sentirai sicuramente lo zap.
Il potere delle mini scintille
Sebbene a volte fastidiosa, la quantità di carica nell'elettricità statica è in genere piuttosto piccola e piuttosto innocente. La tensione può essere circa 100 volte la tensione delle tipiche prese di corrente. Tuttavia, queste enormi tensioni non sono nulla di cui preoccuparsi, poiché la tensione è solo una misura della differenza di carica tra gli oggetti. La quantità "pericolosa" è la corrente, che indica quanti elettroni stanno scorrendo. Poiché in genere solo pochi elettroni vengono trasmessi in una scarica elettrica statica, questi zap sono piuttosto innocui .
Tuttavia, queste piccole scintille possono essere fatali per l'elettronica sensibile, come i componenti hardware di un computer. Piccole correnti trasportate da pochi elettroni possono essere sufficienti per friggerli accidentalmente. Ecco perché i lavoratori delle industrie elettroniche devono rimanere con i piedi per terra, che è essenzialmente una connessione cablata a cui gli elettroni sembrano un'autostrada vuota "casa". Anche la messa a terra è facile, toccando un componente metallico o tenendo una chiave in mano. I metalli sono ottimi conduttori, quindi gli elettroni sono abbastanza felici di andarci.
Una minaccia più seria è una scarica elettrica in prossimità di gas infiammabili. Ecco perché è consigliabile mettersi a terra prima di toccare le pompe delle stazioni di servizio; non vuoi che una scintilla vagante bruci i fumi di benzina vaganti. Oppure puoi investire nel tipo di braccialetto antistatico ampiamente utilizzato dai lavoratori nelle industrie elettroniche per mettere a terra in sicurezza le persone prima che lavorino su componenti elettronici molto sensibili. Prevengono gli accumuli di elettricità statica utilizzando un nastro conduttivo che si avvolge intorno al polso.
Nella vita di tutti i giorni, il metodo migliore per ridurre gli accumuli di carica è utilizzare un umidificatore per aumentare la quantità di umidità nell'aria. Anche mantenere la pelle umida applicando una crema idratante può fare una grande differenza. I fogli dell'asciugatrice impediscono l'accumulo di cariche mentre i vestiti vengono asciugati nell'asciugatrice spargendo una piccola quantità di ammorbidente sul tessuto. Queste particelle positive bilanciano gli elettroni sciolti e la carica effettiva si annulla, il che significa che i tuoi vestiti non usciranno dall'asciugatrice attaccati l'uno all'altro. Puoi strofinare l'ammorbidente sui tappeti per evitare l'accumulo di carica. Infine, indossare abiti di cotone e scarpe con suola di cuoio è meglio di vestiti di lana e scarpe con suola di gomma.
Sfruttare l'elettricità statica
Nonostante il fastidio e i possibili pericoli dell'elettricità statica, ha sicuramente i suoi vantaggi.
Molte applicazioni quotidiane della tecnologia moderna si basano in modo cruciale sull'elettricità statica. Ad esempio, le fotocopiatrici utilizzano l'attrazione elettrica per "incollare" particelle di tono cariche sulla carta. I deodoranti per ambienti non solo profumano la stanza, ma eliminano anche i cattivi odori scaricando l'elettricità statica sulle particelle di polvere, dissimulando così il cattivo odore.
Allo stesso modo, le ciminiere trovate nelle fabbriche moderne utilizzano piastre cariche per ridurre l'inquinamento. Quando le particelle di fumo risalgono la pila, raccolgono cariche negative da una griglia metallica. Una volta caricati, vengono attratti dalle piastre sugli altri lati della ciminiera che sono caricate positivamente. Infine, le particelle di fumo cariche vengono raccolte su un vassoio dalle piastre di raccolta che possono essere smaltite.
L'elettricità statica ha trovato la sua strada anche nella nanotecnologia , dove viene utilizzata, ad esempio, per raccogliere singoli atomi mediante raggi laser. Questi atomi possono quindi essere manipolati per tutti i tipi di scopi come in varie applicazioni informatiche. Un'altra interessante applicazione nella nanotecnologia è il controllo dei nanopalloni , che attraverso l'elettricità statica possono essere commutati tra uno stato gonfiato e uno collassato. Queste macchine molecolari potrebbero un giorno fornire farmaci a specifici tessuti del corpo.
L'elettricità statica ha visto due millenni e mezzo dalla sua scoperta. È comunque una curiosità e una seccatura, ma si è anche dimostrato importante per la nostra vita quotidiana.
Sebastian Deffner è assistente professore di fisica presso l'Università del Maryland, nella contea di Baltimora. Questo articolo è stato co-autore di Muhammed Ibrahim, che sta conducendo ricerche in collaborazione con Deffner sulla riduzione degli errori computazionali nelle memorie quantistiche.
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Potete trovare l' articolo originale qui .
