- Bristol Üniversitesi’nden bir ekip, çarpışan parçacıklar arasındaki yük aktarımını ölçen tekniğin hassasiyetini artırdı
- Faraday kafesleriyle yapılan ölçümler, parçacık çiftlerinin kapasitör benzeri “kondansatör teorisi”yle uyumlu davrandığını gösterdi
- Yük birikimi ilk ~15 çarpışmada doğrusal seyrederken, 60’ın üzerindeki çarpışmalarda yavaşladı
Triboelektrik Yüklenme Nedir?
Volkanik kül bulutlarında veya endüstriyel tozlarda sıkça gözlenen elektriklenme süreci, yüzeyler arasında doğrudan yük aktarımıyla gerçekleşen triboelektrik yüklenme (triboelectric charging) olarak adlandırılıyor. Bristol Üniversitesi’nden araştırmacı Karen Aplin liderliğindeki bir ekip, iki parçacık arasındaki tekrarlanan çarpışmalarda yük aktarımını ölçen bir tekniğin hassasiyetini artırdı. Ekip, parçacık çiftinin elektronik devrelerde kullanılan kapasitör gibi davrandığını öngören önceki bir teorinin verilerle uyumlu olduğunu buldu. Bulgular, Physical Review E dergisinde yayımlandı.
İki katı parçacık temas edip ayrıldığında genellikle yük alışverişi yapar, ancak bu sürecin ayrıntıları hâlâ tam olarak bilinmiyor. 2020 yılında yapılan bir çalışmada, ses dalgalarıyla havada askıda tutulan milimetrenin altı boyuttaki polistiren parçacıkların tekrar tekrar çarpıştırılması sağlanmış ve her çarpışma sonrası yükleri ölçülmüştü. O çalışmada yüklerin kademeli ve doğrusal bir artış eğilimiyle biriktiği bulunmuş, ancak verilerdeki dağılım daha hassas ölçümlerle ortaya çıkabilecek olası bir doğrusal olmayan eğilime işaret etmişti.
Faraday Kafesleri Ölçüm Hassasiyetini Nasıl Artırdı?
Daha yüksek hassasiyet elde etmek için ekip, her çarpışma sonrası her parçacık üzerindeki toplam yükü hassas biçimde ölçebilen tel örgü yapılar olan Faraday kafesleri inşa etti. Önceki deneylerde olduğu gibi, herhangi iki parçacık arasında aktarılan yük miktarının son derece rastgele olduğu ve her iki yönde de geniş bir olasılık aralığında aktığı gözlendi.
Ancak her parçacık çifti kendi içinde tutarlı davrandı; her çarpışmada yaklaşık aynı miktarda yük alışverişi gerçekleşti. Bu tutarlılık, önceki bulgularla da örtüşüyor. Araştırmacılar, bireysel çarpışmaların rastgele doğası ile bu çarpışmalar tekrarlandığında ortaya çıkan öngörülebilir davranış arasındaki zıtlığın dikkat çekici olduğunu belirtiyor.
Çarpışma Sayısı Arttıkça Yük Birikimi Neden Yavaşlıyor?
Doğrusal yüklenme eğilimi yaklaşık 15 çarpışmaya, başka bir deyişle yaklaşık bir dakikalık süreye kadar korundu. Bu noktadan sonra, 60’ın üzerinde çarpışma içeren deneylerde yük birikiminin daha yavaş bir hızda ilerlediği gözlendi. Araştırmacılar bu yavaşlamanın birkaç farklı nedenden kaynaklanabileceğini düşünüyor: yük taşıyıcılarının zamanla tükenmesi ya da parçacık üzerinde biriken yükün, daha önceki araştırmacılar tarafından da öne sürülen itici bir kuvvet oluşturarak ek yük aktarımına direnç göstermesi mümkün.
Ekip, bu verileri parçacıkların bir kapasitörün paralel plakaları gibi davrandığını varsayan “kondansatör teorisi” ile uyumlu biçimde modelleyebildiğini gösterdi. Alandaki bağımsız bir fizikçi, bu çalışmanın önemli bir boşluğu doldurduğunu ve sonuçların mikroskobik yüklenme mekanizması hakkında potansiyel olarak çok yararlı bilgilere erişim sağlayabileceğini belirtiyor. Aynı araştırmacı, yüklenme hızındaki düşüşün bu kadar hızlı gerçekleşmesine şaşırdığını ifade ediyor.
Mevcut deney düzeneği, şu an için polistiren gibi hafif malzemelerle sınırlı durumda. Araştırmacılar gelecekteki çalışmalarda, daha yüksek güçlü dönüştürücüler ve farklı geometriler kullanarak daha geniş bir malzeme yelpazesine ulaşmayı ve mevcut sınırlamaların üstesinden gelmeyi hedefliyor. Ekip, elde edilen tutarlı yüklenme örüntüsünün, gerçek dünyadaki karmaşık ortamlarda elektriklenmeyi modellemek için kullanılabileceğini umuyor.
Kaynak: physics.aps.org
