Mi köze a jégnek a villámokhoz? – Ez a forradalmi felfedezés biztosan meglep

Kiderült, hogy ha a jeget meghajlítják vagy megcsavarják, elektromos töltés keletkezik benne – és ez a tulajdonság akár a villámok keletkezésének titkát is segíthet feltárni. A felfedezést spanyol, kínai és amerikai kutatók közösen írták le a Nature Physics szaklapban. Azt találták, hogy a közönséges jég – amit a fagyasztóban vagy a gleccsereken is megtalálunk – úgynevezett flexoelektromos tulajdonságokkal bír. Ez azt jelenti, hogy egyenetlen mechanikai nyomás, például hajlítás hatására elektromos polarizáció alakul ki benne.

Elektromosság, jég, villám?

A legtöbben hallottak már a piezoelektromosságról, amikor bizonyos kristályok összenyomás hatására áramot generálnak. A jég viszont eddig nem tartozott ebbe a kategóriába, mert molekuláris szerkezete kiegyenlíti a töltéseket. Most viszont kiderült: ha a terhelés nem egyenletes, hanem az egyik oldal feszül, a másik nyúlik, akkor a jég mégis képes töltést termelni. A kísérletekhez a kutatók vékony jégtáblákat helyeztek fém-elektródák közé, majd egy speciális szerkezettel enyhén meghajlították őket. A műszerek minden esetben elektromos jelet rögzítettek, méghozzá a teljes hőmérsékleti tartományban a fagyáspont alatt, egészen –130 °C-ig.

A jelenség azért különösen izgalmas, mert választ adhat egy régóta nyitott kérdésre: hogyan jön létre a hatalmas feszültség a viharfelhőkben, ami végül villámcsapásban sül ki? Régóta ismert, hogy a felhőkben a felfelé szálló jégkristályok és a lefelé hulló jégdarabok ütközése során töltéskülönbség alakul ki. A pontos mechanizmus azonban homályos volt. A mostani kutatás szerint ezek az apró ütközések valójában elhajlítják a kristályokat, és a flexoelektromosság révén elektromos mezők keletkeznek. Ez magyarázatot adhat arra is, miért változik a felhők töltésének előjele a hőmérséklettel – egy olyan részlet, amit a villámkutatók régóta próbáltak megfejteni.

A kutatás másik meglepő eredménye, hogy extrém hidegben (–113 °C alatt) a jég felszíne különös tulajdonságot mutat: ferroeletromossá válik. Ez azt jelenti, hogy a felszín tartós elektromos polarizációt hordoz, amelyet külső hatásra meg is lehet fordítani – hasonlóan, ahogy a mágnesnek északi és déli pólusa van. 

Miért is fontos ez nekünk?

A tudományos jelentőség mellett a gyakorlati lehetőségek sem elhanyagolhatók. A jég flexoelektromos hatása ugyanis hasonló erősségű, mint néhány ismert kerámiaanyag esetében, amelyeket szenzorokban vagy kondenzátorokban használnak. Ez azt jelenti, hogy a jég maga is hasznosítható lenne olyan környezetekben, ahol eleve állandó a hideg: például a sarkvidéki kutatóállomásokon, gleccserekben vagy akár űreszközökön.

– mondták a kutatók.

Egy dolog biztos: ha a jég megfeszül, abból bizony szikra lesz.

Nyitókép:Shutterstock AI Generator / Shutterstock

Forrás:zmescience