微小的水滴, 巨大的电荷: 水的运动产生的能量比预期多10倍

水在表面上移动产生的电荷比以前观察到的要多。

水在表面流动是一种无处不在的现象，从雨滴在树叶上滚动到水在我们家的管道中流动。

然而，水在表面移动时会产生电荷是一种鲜为人知的现象。在一项新的研究中，研究人员发现，水在表面上移动时产生的电荷是之前所知的十倍。

“大多数人会注意到雨水随意地从窗户或汽车挡风玻璃上滴下来，但不会意识到它会产生一点点电荷，”来自RMIT理学院的合著者谢雷尔博士在一份新闻稿中说。

电荷是存在于水分子中的自然极性的结果。当水与某些表面相互作用时，这种极性会导致电荷分离和积累。

全部加满电

一个水分子由两个氢原子和一个氧原子组成。极性的产生是由于这些原子的固有性质，导致氧带轻微的负电荷，氢带正电荷。

虽然水在穿过某些表面时会产生电荷并不是什么新鲜事，但以前的研究只关注水从潮湿表面过渡到干燥表面的情况。

研究人员想要解释液体表面相互作用过程中发生的完整的电效应。

为此，研究人员使用了一块聚四氟乙烯平板，这是一种常用于管道的塑料。他们测量了水滴在聚四氟乙烯表面扩散时产生的电荷。这是使用专门的相机捕捉到的，以捕捉水滴在表面停留和滑动的确切时刻。

粘滑事件

水附着在一个表面上并滑过它被称为“粘滑事件”。

在此过程中，液滴被暂时固定或粘在表面上，当液滴试图继续移动时，就会产生力。

当它最终跳过或滑过障碍物时，突然释放的能量产生了一个巨大的电荷。

研究人员注意到，水与表面的第一次接触产生了最大的电荷变化，从0到4.1纳库仑（nC），是之前观察到的10倍。

当水滴在干湿表面之间移动时，所产生的电荷是相当一致的。此外，他们注意到电荷并没有消失，当液滴在表面移动时，电荷很可能保留在液滴中。

虽然在粘滑现象中产生的电荷量看起来很小（比我们经常受到的静电冲击小一百万倍），但它对燃料储存系统有影响。

小电荷，大影响

在燃料系统中，在加注、储存和运输过程中，液体与干湿表面之间存在不断的接触。如果足够的电荷积累，它可以作为火花放电，这在易燃环境中是极其危险的。

随着世界向可燃可再生燃料过渡，燃料系统需要更好的安全特性。如今，通过限制流动或使用添加剂来对抗电荷积聚，而这些添加剂可能对较新的可再生燃料无效。

“当我们开始采用过渡到净零所需的新的可再生易燃燃料时，了解液体在表面流动过程中如何以及为什么产生电荷是很重要的，”墨尔本大学的合著者贝里博士在新闻稿中说。

虽然这项工作的重点是研究水中电荷的积聚，但研究人员计划将他们的工作扩展到其他液体。特别是，他们计划在流体处理系统安全设计的背景下研究粘滑现象。

这项研究发表在《物理评论快报》上。

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