Remolinos de polvo sorprenden a los físicos

Rayos en tormentas de polvoEnjambres de partículas auto-cargadas desafían a la gravedad – y las expectativas. Los científicos han explicado cómo pueden ocurrir rayos incluso en los desiertos más secos. Una nueva teoría describe cómo el polvo neutro puede lograr vida eléctrica por sí mismo.

Durante siglos, los investigadores han sabido que las nubes de partículas neutras pueden a veces conseguir carga. Esto puede provocar que incluso la arena más seca genere rayos, y las refinerías de azúcar y plantas de procesado de carbón pueden experimentar explosiones inesperadas.

La mayor parte de investigadores ha adscrito tales eventos a la acumulación de estática, pero Troy Shinbrot, físico de la Universidad de Rutgers en Piscataway, Nueva Jersey, no estaba convencido. Bajo condiciones normales, la arena y el polvo no conducen la electricidad, dice, por lo que ¿cómo podrían generar un campo lo bastante potente para desatar rayos masivos? “Estos materiales son aislantes en condiciones muy secas, por lo que ¿de dónde procede toda esa carga?”, pregunta.

La carga de la brigada de los globos

Shinbrot se sentó por la noche durante meses a pensar en ello, y finalmente desarrolló una teoría. Empezó a visualizar las partículas de arena como globos de fiesta. En un campo eléctrico, pensó, los globos estarían polarizados. En otras palabras, cada globo desarrollaría un hemisferio positivo y otro negativo.

Entonces pensó qué sucedería si el hemisferio negativo de un globo tocaba el hemisferio positivo de otro. Los hemisferios en contacto se neutralizarían, pero el otro hemisferio de cada globo no, debido a que están en un campo eléctrico independiente.

Cuando se separan los globos, se repolarizarían en el campo eléctrico que hay a su alrededor. Pero, cuando se repolarizan, los hemisferios que nunca entraron en contacto lograrían una unidad de carga extra. De esta forma, los globos podrían lograr cargas muy altas, incluso aunque inicialmente fuesen neutros.

Según admite el propio Shinbrot, la idea de partículas neutras cargándose a través de neutralizarse “no parecía correcta”. Pero cuando empezó a modelar sus teóricas partículas de arena, encontró que la idea se sostenía. Además, los modelos predecían densidades óptimas de partículas donde los efectos debería ser más pronunciados.

Shinbrot y su equipo probaron sus modelos con un experimento. El equipo colocó cuentas de cristal en un tarro y lo colocaron bajo un campo eléctrico de 30 kilovoltios. Entonces inyectaron aire en el tarro y vieron lo que sucedía. Está claro que a densidades no óptimas, sólo se cargaron unas pocas cuentas (ver video), pero en la densidad óptima predicha por el modelo, muchas cuentas salieron volando (ver video). “Esta loca idea parecía funcionar”, señala. El trabajo del equipo aparece on-line hoy en Nature Physics1.

Una despedida a las motosierras

“Creo que su modelo tiene sentido”, dice Daniel Lacks, ingeniero químico en la Universidad de Case Western Reserve en Cleveland, Ohio. Puede parecer una investigación esotérica, pero probablemente terminará en algo útil, añade.

Las pequeñas partículas son algo habitual en los procesos industriales, y su carga es un problema perenne. Por ejemplo, las partículas cargadas usadas en la producción del polietileno — el plástico más común del mundo, usado en las bolsas de compra – a menudo se cargan con estática y se pegan a los muros de las cámaras de reacción, atascando el equipo. Por el momento, la solución es decididamente de baja tecnología. “Tienen que ir a los reactores con motosierras y sopletes”, para cortar la masa acumulada de partículas, dice Lacks. El nuevo modelo podría ayudar a una mejora en las técnicas de producción.

Pero el misterio no está completamente resuelto. Por una cosa, el equipo aún no ha explicado el origen del campo eléctrico necesario para desencadenar el proceso de carga. Shinbrot cree que puede ser posible que las nubes en movimiento de polvo o arena generen sus propios campos. Pero Lacks sospecha que algún mecanismo desconocido puede estar contribuyendo. “Todo parece correcto”, dice Lacks, “pero no creo que este sea el final de la historia”.


Referencias: 1. Pähtz, T., Herrmann, H. J. & Shinbrot, T. Nature Phys. advance online publication doi:10.1038/NPHYS1631 (11 April 2010).

Autor: Geoff Brumfiel
Fecha Original: 11 de abril de 2010
Enlace Original

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Comment (1)

  1. Jurl

    A Van der Waals le habría gustado xD

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