С водой постоянно что-то не то. То у неё температурные аномалии плотности, то молекулы перестраиваются во все стороны от звуков музыки (да, это правда). Но есть вот и ещё кое-что.
Исследование, проведённое международной командой физиков ICN2, Сианьского университета Цзяотун и Университета Стоуни-Брук, показало, что лёд скрывает в себе редкое свойство: он может генерировать электричество, если его слегка согнуть или деформировать.
Эта способность называется флексоэлектричеством — эффектом, при котором в диэлектрическом материале возникает электрический заряд при неравномерной деформации (например, при изгибе). Если пьезоэлектрики генерируют ток от сжатия или растяжения, то флексоэлектрики реагируют на кривизну. И вот оказалось, что обычный лёд один из таких материалов.
В обычном диэлектрике атомы и молекулы распределены примерно симметрично, и положительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга. Когда пластину или кристалл изгибают, симметрия нарушается атомы и молекулы смещаются относительно своих соседей, центр положительного заряда смещается относительно центра отрицательного, возникает локальная электрическая поляризация, которая суммируется по всему объёму материала и создаёт измеримое напряжение на поверхности.
Иными словами, механическая кривизна создаёт электрический диполь.
В кристаллической решётке льда каждая молекула H₂O связана с соседними молекулами через водородные связи. Эти связи не идеально симметричны при сжатии или растяжении в одной части кристалла молекулы слегка смещаются. Смещения изменяют распределение электронных облаков и протонов внутри кристалла и возникает локальный электрический заряд.
В результате, когда весь кусок льда изгибается, эти локальные заряды складываются, и на макроуровне появляется напряжение между концами пластины.
Физики поставили нехитрый эксперимент, чтобы проверить эту идею. Тонкую пластину льда положили на опоры и слегка изгибали, измеряя возникающий потенциал между двумя электродами. Оказалось, что лёд действительно создаёт электрическое напряжение при изгибе — и делает это вплоть до температуры плавления.
Самое интересное - это возможная роль флексоэлектричества в грозах. Давно известно, что молнии есть результат накопления заряда в грозовых облаках, где сталкиваются крошечные кристаллы льда. Но откуда берётся сам заряд, оставалось загадкой, ведь лёд не пьезоэлектрик и не должен заряжаться при простом ударе.
Теперь похоже есть ответ: при столкновении и деформации ледяных частиц возникает флексоэлектрический заряд. В сумме, триллионы таких микро-деформаций в облаке накапливают гигантский потенциал, который разряжается в виде молнии. Это открытие даёт физикам ключ к разгадке одного из самых впечатляющих атмосферных явлений.
Если научиться качественно управлять флексоэлектрическим эффектом льда, можно создавать устройства, которые работают в условиях экстремального холода.
⚡ Ещё больше интересного в моём Telegram!
Хочется помочь проекту? Просто поставьте лайк 👍 и подписывайтесь на канал ✔️! Напишите комментарий и поделитесь статьёй с друзьями