Создан двигатель, работающий на недооцененной силе электростатического отталкивания
Все мы сталкивались с электростатическим притяжением — например, легких предметов к расческе. Это самая простая и наглядная сила электричества, демонстрирующая фундаментальный физический принцип взаимодействия положительных и отрицательных зарядов. Но для практического применения она слишком слаба. Поэтому подавляющее большинство электродвигателей преобразуют электричество в движение иначе — через магнитное поле.
В 2017 году была открыта сегнетоэлектрическая жидкость. Сама по себе сенсация (до этого сегнетоэлектрики были только кристаллическими), она еще и необычайно эффективна в этих своих свойствах, благодаря чему не требует опасных для жизни напряжений.
Статическое электричество не только притягивает, но и отталкивает. Эта поперечная толкающая сила, направленная перпендикулярно полю, еще слабее и поэтому до сих пор не удостаивалась внимания ученых, хотя она им, конечно, хорошо известна.
В Институте науки Токио (Science Tokyo) провели исследование сегнетоэлектрических жидкостей и поперечной электростатической силы в них. Результаты опубликованы в журнале Communications Engineering. Они показали, что при определенных условиях сила эта может быть удивительно мощной.
В опытах сегнетоэлектрическую жидкость поместили между двумя электродами, разделенными всего несколькими миллиметрами, и подали напряжение. Это вытолкнуло ее вверх почти на 10 сантиметров. На обычные жидкости электрическое поле такого воздействия не оказывает.
Еще одним замечательным открытием стал характер роста силы. В обычных материалах повышение напряжения не приводит к значительному увеличению силы. А в сегнетоэлектрической жидкости даже небольшое увеличение напряжения дает пропорциональный рост силы. То есть принцип работы электричества в жидком сегнетоэлектрике совершенно другой.
Эксперименты и их анализ натолкнули ученых на мысль: если эта сила может толкать, может ли она также и вращать?
Был разработан прототип двигателя, в котором эта идея реализована. В нем нет ни магнитов, ни металлического ротора. Это весьма актуально по нынешним временам — ведь магниты делают из редкоземельных металлов. Кроме того, мотор без металлов легче и может применяться там, где критичны магнитные поля — например, внутри медицинского оборудования или устройств хранения данных.
«Наши эксперименты показали, что ротор двигателя не обязательно должен быть сделан из металла. Сначала в это было трудно поверить. Но когда мы доверились данным и собрали ротор, полностью состоящий из пластика, он действительно начал вращаться. Интересно, что эта сила была теоретически предсказана более 100 лет назад, но никто никогда не наблюдал ее непосредственно невооруженным глазом. Стать первым, кто стал свидетелем этого, было по-настоящему захватывающим моментом. Это одна из величайших радостей быть исследователем. Наука — это увлекательно», — резюмировал Судзуси Нисимура, специально приглашенный профессор Школы материаловедения и химических технологий Института науки Токио.