ปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่ดูเหมือนง่ายอย่างที่เรียกว่าการชาร์จไฟฟ้าแบบสัมผัสนั้นซับซ้อนกว่าที่เคยคิดไว้มาก จากการทดลองใหม่โดยนักวิจัยแห่งมหาวิทยาลัยดุยส์บวร์ก-เอสเซนในเยอรมนี ผลที่ได้อาจทำให้เห็นถึงกลไกที่วัตถุโลหะขนาดมหึมา เช่น ลูกบิดประตูหรือกุญแจ ได้รับไฟฟ้าจากการสัมผัสกับอีกชิ้นหนึ่ง ซึ่งเป็นผลกระทบที่ยังไม่เข้าใจอย่างสมบูรณ์แม้ว่าจะมีการสังเกตและศึกษามากว่า 2,000 ปี
ในทางกลับกัน
ข้อมูลเชิงลึกใหม่เหล่านี้สามารถผลักดันการปรับปรุงในเทคโนโลยีที่อาศัยไตรโบอิเล็กทริก ซึ่งเป็นรูปแบบของการเรียกเก็บเงินตามสัญญาที่รับผิดชอบในกรณีส่วนใหญ่ของไฟฟ้าสถิตในชีวิตประจำวัน และใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องถ่ายเอกสารและเครื่องพิมพ์เลเซอร์
ไฟฟ้าสัมผัสสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อใดก็ตามที่พื้นผิวทั้งสองสัมผัสกัน พบได้ทั่วไปในธรรมชาติและมีส่วนทำให้เกิดฟ้าผ่าในพายุฝนฟ้าคะนอง พายุทราย และกลุ่มภูเขาไฟ นอกจากนี้ยังเป็นอันตรายจากอุตสาหกรรมเนื่องจากการปล่อยกระแสไฟฟ้าที่สามารถทำลายหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า
และแม้แต่ทำให้เกิดการระเบิดในผงหรือของเหลวไวไฟ ความขัดแย้งกับทฤษฎีที่จัดตั้งขึ้นสำหรับการสัมผัสโลหะกับโลหะ การสัมผัสด้วยไฟฟ้าถือเป็นที่เข้าใจกันค่อนข้างดี ทฤษฎีที่จัดตั้งขึ้นซึ่งอธิบายโดยนักฟิสิกส์ ในปี 1951 และขยายเพิ่มเติมในปี 1975 ทำนายว่าพลังงานจลน์ (หรือความเร็วกระแทก)
ของวัตถุโลหะสองชิ้นที่สัมผัสกันจะไม่ส่งผลกระทบต่อประจุที่ถ่ายโอนระหว่างวัตถุทั้งสองผ่านการสัมผัสกระแสไฟฟ้า .อย่างไรก็ตาม นักวิจัยที่นำจากคณะฟิสิกส์และศูนย์การรวมนาโน ได้พบสิ่งอื่นโดยสิ้นเชิง การทดลองของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าประจุที่ถ่ายโอนเมื่ออนุภาคกระเด็นออกจากพื้นผิวนั้นสัมพันธ์
กับความเร็วของแรงกระแทกและยังสูงกว่าที่คาดการณ์ไว้มากอีกด้วย ผลลัพธ์นี้มีความสำคัญ กล่าว เนื่องจากกลไกพื้นฐานจะใช้กับหน้าสัมผัสของฉนวนโลหะและฉนวนกับฉนวนเช่นกันแรงบันดาลใจทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ทีมของ Möller เริ่มสนใจหัวข้อนี้หลังจากปรึกษาหารือกับเพื่อนร่วมงานที่ทำงาน
ในสาขา
ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง นั่นคือ ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ “เพื่อนร่วมงานของเราบอกเราเกี่ยวกับปัญหาที่ยังไม่ได้แก้ไขในการก่อตัวของดาวเคราะห์ ซึ่งอาจอธิบายได้หากอนุภาคขนาดเพียงมิลลิเมตรได้รับประจุไฟฟ้าสถิตเมื่อพวกมันชนกัน” โมลเลอร์อธิบาย “เพื่อให้เข้าใจสมมติฐานนี้มากขึ้น
เราได้ออกแบบรูปแบบการทดลองเพื่อศึกษาการชาร์จของอนุภาคโดยละเอียด”การออกแบบการทดลองของทีมอยู่บนหลักการที่คุ้นเคย: ประจุของเครื่องหมายตรงข้ามดึงดูดซึ่งกันและกัน ดังนั้น หากวัตถุที่มีประจุบวกเข้าใกล้พื้นผิวของตัวนำซึ่งอิเล็กตรอนที่มีประจุลบเคลื่อนที่อย่างอิสระ
วัตถุจะดึงดูดประจุลบเหล่านั้นมาที่พื้นผิว ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิตด้วยการวัดประจุไฟฟ้าที่เหลืออยู่บนตัวนำ Möller ตั้งข้อสังเกตว่าสามารถตรวจจับวัตถุที่มีประจุบวกได้โดยไม่ต้องสัมผัสกับไฟฟ้า เนื่องจากเอฟเฟกต์นี้ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างวัตถุกับตัวนำ
สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของวัตถุได้ กล่าวว่า นี่คือหลักการพื้นฐานของการทดลองใหม่ๆ “แนวคิดคือการตรวจจับประจุก่อนและหลังการชนระหว่างทรงกลมทองคำกับแผ่นทองแดง” เขาอธิบาย “เราพบว่าเราสามารถแก้ไขกระบวนการถ่ายโอนค่าใช้จ่ายด้วยความละเอียดชั่วคราว
ในการคำนวณที่มาพร้อมกับการทดลองซึ่งมีรายละเอียดอยู่นักวิจัยได้รวมการเสียรูปเล็กน้อยของทั้งทรงกลมและจานเมื่อพวกมันชนกัน พวกเขาแนะนำว่าการเสียรูปนี้ช่วยให้พื้นผิวของทรงกลมและแผ่นเรียบพอดีกันระหว่างการสัมผัส ทำให้เกิดพื้นที่สัมผัสที่ใหญ่ขึ้นและความจุที่มากขึ้น ข้อหลังมีความสำคัญ
เนื่องจากจำนวนประจุที่ถ่ายโอนจะเท่ากับความต่างศักย์คูณด้วยความจุในขณะที่หน้าสัมผัสขาด “แม้ว่าพื้นที่สัมผัสจะลดลงเมื่อหน้าสัมผัสขาด ความจุจะยังคงใหญ่กว่าสำหรับเคสที่ไม่มีการเสียรูป นั่นคือเหตุผลที่ประจุที่ถ่ายโอนเพิ่มขึ้นตามความเร็วของแรงกระแทกที่เพิ่มขึ้น” โมลเลอร์บอก
นอกจากนี้
การเสียรูปของพื้นผิวยังอาจมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนรูปหน้าสัมผัสให้เป็นไฟฟ้าสำหรับหน้าสัมผัสที่เป็นฉนวน-โลหะและฉนวน-ลูกถ้วย ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มประจุไฟฟ้าที่ถ่ายโอน เขากล่าวเสริม “การทดสอบเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่าเทคนิคการทดลองของเราใช้ได้ผลพอๆ กันสำหรับผู้ติดต่อประเภทนี้เช่นกัน
และนี่เป็นหนึ่งในทิศทางของการวิจัยที่เราต้องการดำเนินการในอนาคตอันใกล้นี้” ที่ไม่เคยมีมาก่อนโดยลดลงเพียง 1 ไมโครวินาที” จะต้องพึ่งพาทักษะทางคณิตศาสตร์น้อยลง แน่นอนว่าการให้เวลานักเรียนสามปีในการเรียนรู้ทักษะทางคณิตศาสตร์ที่จำเป็น แทนที่จะโน้มน้าวให้พวกเขาในเทอมแรก
ว่าไม่สามารถทำได้ อาจเป็นสิ่งที่ดีสำหรับทั้งนักเรียนและเจ้าหน้าที่ แต่ประเด็นสำคัญเกี่ยวกับสหวิทยาการก็คือ สำหรับนักเรียนที่ไม่ได้เป็นนักฟิสิกส์อนุภาคเชิงทฤษฎีหรืออื่นๆ ในทำนองเดียวกัน การวิจัยแบบสหวิทยาการคือที่ที่ฟิสิกส์ที่น่าสนใจส่วนใหญ่ในปัจจุบันอยู่ ด้วยการฝังฟิสิกส์ไว้
ในเนื้อหาสหวิทยาการ เราไม่เพียงแค่บอกนักเรียนว่าฟิสิกส์มีความสำคัญเท่านั้น เรายังแสดงให้พวกเขาเห็นอีกด้วย ศูนย์ ที่เลสเตอร์ (โดยที่ ” i ” ย่อมาจากสหวิทยาการหรือบูรณาการ) จะเป็นหนึ่งในกลุ่มแรกๆ ที่ติดตั้งหลักสูตรปริญญาดังกล่าว และจะพยายามส่งเสริมการพัฒนาของi-ศาสตร์อื่นๆ
วิธีการที่เกี่ยวข้องตามบริบทของฟิสิกส์ ซึ่งเน้นที่หัวข้อต่างๆ เช่น “พลังงาน” และ “สิ่งแวดล้อม” ได้รับการเสนอโดย ที่มหาวิทยาลัยยอร์ค งานดังกล่าวเป็นการพัฒนาตามธรรมชาติของแนวทางบูรณาการอื่นๆ เพื่อการสอนวิทยาศาสตร์ในโรงเรียน และในระยะยาว จะเป็นเส้นทางธรรมชาติผ่านการศึกษาวิทยาศาสตร์สำหรับนักเรียนจำนวนมากขึ้น เป็นอีกทางเลือกหนึ่งและอาจเป็นประโยชน์มากขึ้น
