La mayoría de las personas ha experimentado el efecto que provoca frotarse un globo en la cabeza o la chispa sutil causada por arrastrar los pies sobre la alfombra. Aunque estas experiencias son comunes, en más de 2.500 años, los científicos no han podido explicar por qué frotar ciertos materiales genera una carga eléctrica. Ahora, pueden tener la respuesta.
Un equipo de investigadores de la Universidad del Northwestern desarrolló un nuevo modelo que muestra que frotar dos objetos produce electricidad estática, o triboelectricidad, al doblar las pequeñas protuberancias en la superficie de los materiales.
Buscando explicación
Alrededor del año 600 a.C., el filósofo griego Tales de Mileto notó que después de frotar la piel con ámbar, la piel atraía polvo. Esta observación se reconoce como el primer registro de electricidad estática inducida por la fricción.
Los avances en la comprensión de este fenómeno se han limitado al conocimiento de que el roce induce una carga estática en todos los aislantes, no solo en la piel. Pero los científicos no han podido determinar con exactitud los mecanismos detrás de la electrificación por fricción, la llamada electricidad estática.
A diferencia de la corriente eléctrica, que fluye a través de una línea conductora, la electricidad estática, haciendo honor a su nombre, permanece fija, un efecto que se produce debido a que este tipo de electricidad se acumula en materiales que no son buenos conductores, como el caucho o el plástico.
Para el estudio, el equipo de investigación observó otro fenómeno eléctrico llamado flexoelectricidad –la aparición espontánea de campos eléctricos durante la flexión continua pero inconsistente a escala nanométrica– y se preguntaron si podría explicar cómo la fricción genera electricidad estática.
Fenómenos vinculados
A este nivel de escala, incluso los objetos superficie lisa están plagados irregularidades sobresalientes. El equipo descubrió que cuando dos objetos se frotan, estas pequeñas irregularidades se doblan y, debido al efecto flexoeléctrico, esto hace que se acumule electricidad estática.
Según los cálculos de los autores, se produce una diferencia potencial de alrededor de 1 a 10 voltios, lo cual es suficiente para proporcionar electrificación por fricción.
En referencia a los resultados, el investigador Laurence D. Marks, afiliado al Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Northwestern y coautor del estudio, comentó:
“Nuestros resultados muestran que la triboelectricidad, la flexoelectricidad y la fricción están inextricablemente vinculadas”.
Los autores señalan que los resultados del estudio pueden tener beneficios prácticos, ya que podrían ayudar a optimizar materiales con el fin de producir más electricidad estática, la cual podría ser utilizada para, por ejemplo, cargar dispositivos portátiles. Adicionalmente, los hallazgos también podrían ayudar a mejorar la seguridad en lugares donde incluso una chispa puede causar una explosión.
Referencia: Does Flexoelectricity Drive Triboelectricity? Physical Review Letters, 2019. https://doi.org/10.1103/physrevlett.123.116103