Se você atravessar um tapete com meias de lã, há uma boa chance de que a próxima maçaneta que você tocar a surpreenda com uma faísca. A eletricidade estática é tão comum que é fácil esquecer como é estranha.
Mas o que realmente está acontecendo quando você encontra essas faíscas?
O antigo filósofo e matemático grego Thales de Mileto foi o primeiro a descrever a eletricidade estática, no século VI a.C., mas os cientistas lutam há décadas para responder a essa pergunta básica. No entanto, os pesquisadores que trabalham na nanoescala deram um grande passo à frente na busca de entender por que esfregar duas superfícies juntas pode levar a um choque.
Não importa o quão lisa uma superfície possa parecer, quando você aproxima o zoom, notará solavancos e depressões. Os cientistas chamam essas imperfeições de "asperidades". Toda superfície, de balões a fibras como lã ou cabelo, é coberta por asperidades microscópicas. E esses recursos são responsáveis pela produção de eletricidade estática, disse Christopher Mizzi, candidato a doutorado em ciência e engenharia de materiais na Northwestern University, em Evanston, Illinois.
Em um estudo publicado em setembro na revista Physical Review Letters, Mizzi e seus co-autores compararam as imperfeições invisíveis nos objetos do cotidiano com a superfície da Terra. Se você olha para a Terra de longe, o planeta "parece muito suave, como uma esfera perfeita", disse Mizzi. Sabemos, no entanto, que, na realidade, a Terra está longe de ser suave, mas é preciso olhar atentamente para ver isso. É só quando "você aumenta o zoom o suficiente para perceber que existem montanhas e colinas", disse ele. Da mesma forma, objetos familiares parecem suaves até serem vistos de perto.
Quando as superfícies de dois objetos se esfregam, suas asperidades se juntam, criando atrito. Os cientistas sabem há muito tempo que o atrito desempenha um papel na eletricidade estática. (De fato, o termo científico para eletricidade estática, triboeletricidade, compartilha uma raiz com tribologia, que é o estudo do atrito.)
No novo estudo, Mizzi e seus co-autores mostraram como as asperidades que causam atrito também causam uma diferença chocante na carga elétrica.
Algo incomum na eletricidade estática é que é mais fácil produzir usando materiais que restringem a eletricidade, conhecidos como isoladores; estes incluem borracha, lã e cabelo. Na eletricidade atual - a forma cotidiana de eletricidade que alimenta telefones, luzes e quase todos os outros eletrônicos - os elétrons criam correntes fluindo através dos átomos em materiais condutores, como fios de cobre. Mas os átomos dos isoladores não deixam os elétrons irem e virem facilmente; eles ganham seu nome inibindo o fluxo de elétrons.
Mizzi e seus colegas descobriram que a eletricidade estática é produzida quando as asperidades dos isoladores se esfregam e interferem nas nuvens de elétrons. Como os elétrons nos isoladores não podem se mover com facilidade, essa fricção pode dobrar as nuvens de elétrons.
Nesses materiais, a nuvem de elétrons ao redor dos átomos é geralmente simétrica. Quando você olha para essas nuvens, "não consegue distinguir de baixo para a esquerda", disse Mizzi.
Mas se você espremer essa nuvem de elétrons, ela se deforma, tornando-se assimétrica. Sob as circunstâncias certas, essa nova forma pode distribuir a tensão de maneira desigual no material, explicou Mizzi.
O que isso tem a ver com meias de lã no tapete? Ao andar com esse calçado, a combinação do peso do seu corpo e do movimento da marcha faz com que as fibras das meias deslizem contra as fibras do tapete. Quando os dois materiais se esfregam um contra o outro dessa maneira, os solavancos de uma superfície arrastam-se pelas asperidades da superfície oposta, fazendo com que elas se dobrem. Quando essa flexão acontece, as nuvens de elétrons nos átomos que compõem as asperidades são esmagadas em formas assimétricas, causando uma diferença muito pequena na voltagem.
Embora pequenas, essas mudanças na tensão aumentam. As aspirações são tão numerosas que o esmagamento das nuvens de elétrons causa um acúmulo significativo de eletricidade estática - uma suficientemente poderosa para você sentir quando toca uma maçaneta ou aperta a mão de alguém.
Esse novo entendimento da eletricidade estática pode influenciar os cientistas a desenvolver tecidos que produzem energia gerada por fricção para carregar dispositivos vestíveis, o que poderia tornar os produtos mais eficientes. E, com uma melhor compreensão de quais materiais não conseguem criar eletricidade estática facilmente, os engenheiros podem trabalhar para criar ambientes de fabricação mais seguros, por exemplo, eliminando partículas de poeira que podem provocar incêndios por atrito entre si.
"Quando você tem um modelo, pode começar a fazer previsões", disse Mizzi.
