Los granos de arena que chocan entre sí se cargan unos a otros

Es el amor a primera vista definitivo: en el medio del desierto, a cientos de kilómetros de cualquier cosa, un solitario grano de arena se encuentra con miles como él y deciden cargarse unos a otros. Saltan chispas.

Los físicos han elucubrado durante mucho tiempo sobre el motivo que hace que los granos y otras partículas pequeñas pueden crear arcos eléctricos y cargarse al chocar unas con otras, a veces hasta el punto de crear rayos en tormentas de arena o montañas de ceniza volcánica. Ahora, un artículo publicado el 11 de abril en Nature Physics propone que las partículas transfieren carga eléctrica de forma vertical durante un choque, de forma que las cargas positivas se mueven hacia abajo y las negativas hacia arriba en la montaña de arena.

El hallazgo podría ayudar a combatir una gran variedad de problemas prácticos, como son la adhesión de polvo cargado a paneles solares en un vehículo en Marte o la generación de peligrosas descargas que a veces ocurren cuando un helicóptero despega en el desierto. Las nubes de polvo pueden crear problemas en silos de arena, donde la carga en ocasiones se acumula y provoca explosiones. También podría utilizarse en la industria farmaceútica, donde las partículas de los medicamentos pueden cargarse provocando que la mezcla no se forme correctamente, dice Hans Hermann, un investigador de materiales del ETH Zurich.

Desierto de Judea

Dunas del desierto de Judea. Wikipedia.

Hermann dice que se interesó por el problema después de ver rayos en un remolino de arena sobre las dunas por la noche. “Normalmente las partículas chocan, se neutralizan”, dijo. “¿Cómo es que las cargas se incrementan?”

Trabajando con sus compañeros del ETH Thomas Pähtz y Troy Shinbrot de la Universidad de Rutger, Nueva Jersey, Hermann desarrolló un modelo que explica cómo se produce la carga. Antes de chocar, los granos tienen una carga neutra pero están polarizados por un campo eléctrico en segundo plano, con una carga negativa en la parte de arriba y una carga positiva en la parte de abajo con respecto a la toma de tierra. Tras el choque, las partículas se neutralizan unas a otras en el punto de contacto, pero cuando se separan de nuevo se vuelven a polarizar, con cargas adicionales acumulándose en los vértices de los granos.

“Siempre que hay una colisión se termina bombeando la carga de la parte de arriba a la de abajo”, dijo Shinbrot. Los investigadores realizaron simulaciones y luego llevaron a cabo una serie de experimentos con cristales para confirmar la teoría.

Daniel Lacks, un físico de materiales en la Universidad Case Western de Cleveland, dice que el nuevo estudio podría identificar uno de los muchos mecanismos que tienen lugar en las nubes de partículas. En el trabajo inicial, Lacks probó que la carga eléctrica depende del tamaño de las partículas estudiadas, donde las más pequeñas tienden a cargarse negativamente y las mayores positivamente.

“Lo importante es que se necesita algo para romper la simetría cuando dos partículas de idéntica composición chocan para que una partícula se cargue negativamente y la otra positivamente”, explicó. Dijo que este mecanismo podría funcionar para partículas de diferentes tamaños y el nuevo para partículas de idéntico tamaño.

Aún quedan algunas incógnitas, como explicar de dónde sale el campo eléctrico que opera en segundo plano. Pero Hermann dice que el trabajo es satisfactorio, ya que responde una pregunta de mucho tiempo y podría tener aplicaciones prácticas.

Artículo disponible en Nature Physics aquí.

Este artículo ha sido traducido de Science News y publicado bajo licencia CC by-sa
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