Accade a tutti. Un piccolo shock, una scintilla che ci fa sobbalzare, magari mentre accarezziamo il nostro cane o strisciamo i piedi sul tappeto. Questo fenomeno, chiamato elettricità statica, è da sempre fonte di curiosità e, allo stesso tempo, di confusione. Nonostante sia un evento pervasivo nella vita quotidiana, la sua natura profonda ha rappresentato per secoli un enigma irrisolto. Tuttavia, una recente scoperta scientifica potrebbe finalmente svelare il mistero dietro questa comune esperienza.
La storia millenaria dell’elettricità statica
Le prime testimonianze storiche sull’elettricità statica risalgono al 600 a.C., quando il filosofo greco Talete di Mileto osservò che sfregando l’ambra con un panno, essa acquisiva la capacità di attrarre piccoli oggetti leggeri, come piume o fili di paglia. Quello che a Talete poteva sembrare pura magia, è ora riconosciuto come il primo riferimento documentato al fenomeno della triboelettricità, ovvero la generazione di carica elettrica per strofinio tra materiali differenti. Nonostante la consapevolezza che certi materiali possono produrre elettricità statica, la spiegazione fisica dettagliata di come questo avvenga è rimasta a lungo irrisolta. Questo fino all’arrivo di una nuova ricerca rivoluzionaria, condotta dal professor Laurence Marks e dal suo team della McCormick School of Engineering alla Northwestern University.
Un enigma millenario: perché lo sfregamento genera elettricità statica?
Per molti anni, la comunità scientifica ha cercato di spiegare perché lo sfregamento di oggetti portasse alla formazione di cariche elettriche, senza tuttavia riuscire a trovare una spiegazione convincente e sperimentalmente valida. “Le persone ci hanno provato, ma non sono riuscite a spiegare i risultati senza fare ipotesi speculative e non giustificabili“, ha affermato il professor Marks. Tuttavia, il recente studio condotto dal suo gruppo di ricerca ha finalmente fornito una risposta tanto semplice quanto sorprendente. Secondo il loro lavoro, la chiave di volta è da ricercare nelle forze che agiscono su un oggetto in movimento.
Quando un oggetto scivola su una superficie, le parti anteriore e posteriore dello stesso subiscono forze di deformazione differenti. Questa asimmetria, secondo il team di Marks, causa l’accumulo di cariche elettriche, con una parte che si carica positivamente e l’altra negativamente. Questa discrepanza nella distribuzione delle cariche genera una corrente elettrica, ed è proprio questo il meccanismo che produce l’elettricità statica.
L’evoluzione di anni di ricerca: il “taglio elastico” come chiave
Il punto di svolta in questa ricerca si è manifestato grazie al concetto di “taglio elastico“. Marks e il suo team hanno scoperto che quando un materiale resiste a una forza di scorrimento, come quando spingiamo un oggetto su una superficie e questo oppone resistenza, si innesca il movimento di cariche elettriche. Il concetto, che potrebbe sembrare astratto, è in realtà molto intuitivo. “Lo scorrimento e il taglio sono intimamente connessi“, ha osservato Marks, sottolineando come la deformazione elastica delle superfici durante lo scorrimento sia fondamentale per comprendere la generazione di elettricità statica.
Il percorso verso questa comprensione, tuttavia, non è stato immediato. Nel 2019, Marks e i suoi colleghi pubblicarono un primo studio che forniva un indizio importante: quando due materiali vengono strofinati insieme, minuscole asperità sulle superfici subiscono deformazioni, causando tensioni che portano all’accumulo di cariche elettriche. Tuttavia, la piena comprensione di questo processo ha richiesto ulteriori anni di studi. “Nel 2019 abbiamo piantato il seme di ciò che stava accadendo“, ha ricordato Marks. “Ora, quel seme è sbocciato in una spiegazione completa“.
Dalle scintille ai pericoli: l’elettricità statica nel mondo reale
Sebbene per la maggior parte delle persone l’elettricità statica sia un fastidio momentaneo, come un piccolo shock che fa rizzare i capelli, le sue implicazioni possono essere ben più gravi. Nei settori industriali, la generazione di scintille di elettricità statica può causare incendi o esplosioni, soprattutto in ambienti ad alta concentrazione di gas o polveri infiammabili. Per esempio, l’elettricità statica è uno dei principali responsabili delle esplosioni nei silos di grano, dove la polvere fine può accendersi a causa di una semplice scintilla.
Anche nel settore farmaceutico, l’elettricità statica può rappresentare una sfida: interferisce infatti con il dosaggio di polveri farmaceutiche, rendendo difficile garantire una distribuzione uniforme. Armati di questa nuova comprensione, gli scienziati sperano di sviluppare soluzioni innovative per prevenire questi rischi.
Le implicazioni della scoperta: verso un futuro più sicuro
Questa nuova comprensione dell’elettricità statica apre la strada a numerose applicazioni pratiche. Comprendendo meglio il ruolo del taglio elastico nella generazione di cariche elettriche, gli ingegneri possono progettare materiali con caratteristiche che riducono al minimo le scariche involontarie. Questo è particolarmente importante negli ambienti industriali dove le esplosioni possono essere innescate da una singola scintilla.
Oltre alla sicurezza, la scoperta di Marks e del suo team può portare miglioramenti nel campo dell’elettronica e della microelettronica. Gli ingegneri potrebbero sfruttare questi principi per progettare nuovi dispositivi capaci di raccogliere e sfruttare le cariche statiche in modo più efficiente. Si potrebbe persino immaginare un futuro in cui l’elettricità statica venga utilizzata come una fonte di energia, con materiali progettati appositamente per ottimizzare questo processo.
