Remolinos de polvo sorprenden a los físicos
Los científicos han explicado cómo un rayo puede ocurrir incluso en los desiertos más áridos. Una nueva hipótesis describe cómo el polvo neutro puede obtener una “vida” eléctrica propia.
Durante siglos, los investigadores han sabido que las nubes de partículas neutras a veces pueden tener una carga neta. Esto puede hacer que incluso el más seco grano de arena genere un rayo, y refinerías de azúcar y plantas de procesamiento de carbón pueden experimentar explosiones inesperadas.
La mayoría de los investigadores han atribuido estos incidentes a la acumulación de estática, pero Troy Shinbrot, físico de la Universidad de Rutgers en Piscataway, Nueva Jersey, no se convenció. En condiciones normales, la arena y el polvo no conducen la electricidad, dice, así que ¿cómo iban a generar campos lo suficientemente fuerte como para provocar enormes pernos de relámpago? “Estos materiales son aislantes, en condiciones muy secas, así que ¿de dónde provienen las cargas?”, se pregunta.
Shinbrot se sentó en la noche durante meses pensando en ello, y con el tiempo, desarrolló una hipótesis. Empezó por visualizar las partículas de arena como globos de fiesta. En un campo eléctrico, pensó, los globos se polarizan: En otras palabras, en cada globo se desarrollaría un hemisferio positivo y negativo.
Entonces pensó en qué pasaría si un hemisferio negativo de un balón tocara el hemisferio positivo de otro. Los hemisferios se neutralizarían, pero los otros hemisferios cada globo no lo harían porque están en un campo eléctrico independiente.
Cuando los globos se separaron, ellos repolarizaron el campo eléctrico a su alrededor. Pero, como los globos repolarizaran, los hemisferios, que nunca entrararon en contacto unos con otros se beneficiarían de una unidad adicional de carga. De esta manera, los globos podrían obtener muy, muy altos cargas, a pesar de que inicialmente fueran neutros.
Según Shinbrot, la idea de que partículas neutras se cargan a través del acto de “neutralizar” “simplemente no le parecía bien”. Pero cuando comenzó a modelar su hipótesis de partículas de arena, se encontró con que la idea se sostenida. Por otra parte, los modelos predijeron la densidade óptima de las partículas que debería ser el efecto más pronunciado.
Shinbrot y su equipo probaron sus modelos con un experimento. El equipo colocó cuentas de vidrio de colores en un frasco y lo puso bajo un campo eléctrico de 30 kilovoltios. Luego “soplaron” el aire a través de la jarra y observaron lo que pasó. Efectivamente, con densidades que no son óptimas, sólo unas cuentas se cargaron, pero a la densidad óptima que predice el modelo, muchas cuentas dieron a la fuga. “Esta idea loca parecía funcionar”, dice. El trabajo del equipo aparece hoy online en Nature Physics.
“Creo que su modelo tiene sentido”, dice Daniel Lacks, un ingeniero químico de la Case Western Reserve University en Cleveland, Ohio. Puede parecer que la investigación es “esotérica”, pero probablemente acabará entrando a lo práctico, añade.
Las partículas pequeñas son comunes en los procesos industriales, y la carga es un problema perenne. Por ejemplo, las partículas utilizadas en la producción de polietileno – plástico más común del mundo, utilizado en bolsas de plástico – a menudo obtienen una carga estática y se aferran a las paredes de las cámaras de reacción y hacen que se obstruya el equipo. Por el momento, la solución es decididamente de baja tecnología. “Tienen que entrar en reactores con motosierras y sopletes”, para cortar la masa acumulada de las partículas, dice Lacks. El nuevo modelo podría ayudar a mejorar las técnicas de producción.
Pero el misterio no está del todo resuelto. Por un lado, el equipo aún no ha explicado el origen del campo eléctrico externo necesario para poner en marcha el proceso de carga. Shinbrot piensa que puede ser posible auto-generar campos a partir del movimiento de nubes de polvo o arena. Pero Lacks sospecha de mecanismos desconocidos que podrían estar contribuyendo. “Todo parece bien”, dice Lacks, “pero no creo que este es el fina de la historia.”
Fuente:
Pahtz, T., H. J. Herrmann, et al. (2010). “Why do particle clouds generate electric charges?” Nat Phys advance online publication.
http://dx.doi.org/10.1038/nphys1631
