Motor bez magnetů. Vědci oživili zapomenutou elektrostatickou sílu
vytvořeno v Midjourney
Vědci roztočili motor bez magnetů. Pomohla přehlížená elektrostatická síla
Elektřina pohání většinu moderních strojů, od ventilátorů až po elektromobily. Jenže paradoxně většina motorů nevyužívá elektrostatickou sílu přímo. Elektrická energie se nejprve přemění na magnetické pole, které následně vytváří pohyb. Přitažlivá síla mezi elektrickými náboji byla dosud považována za příliš slabou na to, aby dokázala roztočit větší zařízení.
msk
Výzkumný tým vedený profesorem Suzushim Nishimurou z Institute of Science Tokyo se rozhodl tuto dlouho přehlíženou fyzikální sílu znovu prověřit. Opřel se přitom o objev z roku 2017 – ferolelektrickou kapalinu, materiál reagující na elektrické napětí výrazně silněji než běžné látky. Díky tomu mohou zařízení pracovat při mnohem nižším napětí, než bylo dříve nutné.
Síla, která tlačí do strany
Vedle známé přitažlivé síly působící ve směru elektrického pole existuje ještě jiný efekt: síla působící kolmo na směr napětí, která materiál tlačí do strany. V běžných látkách je tento jev tak slabý, že se prakticky nevyužívá.
Experimenty s ferolelektrickou kapalinou ale přinesly překvapení. Vědci ji umístili mezi dvě elektrody vzdálené jen několik milimetrů a přivedli elektrické napětí. Kapalina se začala pohybovat do strany a dokázala se přesunout téměř o deset centimetrů – dokonce i proti gravitaci. Při stejném pokusu s běžnými kapalinami se žádný podobný pohyb neobjevil.
Ukázalo se také, že síla v tomto materiálu roste neobvykle rychle. Zatímco u běžných látek zvýšení napětí přináší jen omezený nárůst elektrostatické síly, ferolelektrická kapalina reaguje mnohem citlivěji. Analýza ukázala, že elektrické pole uspořádává molekuly kapaliny do struktury, která vytváří boční tlak.
Plastový rotor místo kovu
Tento poznatek přivedl vědce k další myšlence: pokud může síla kapalinu tlačit, mohla by také vytvářet rotační pohyb. Na základě této úvahy vznikl prototyp motoru, který nevyužívá magnety ani kovový rotor. Experimenty potvrdily, že zařízení se skutečně dokáže otáčet právě díky této dosud opomíjené elektrostatické síle.
Význam objevu může být širší. Současné elektromotory potřebují magnety a měděné cívky, často spojené s využíváním vzácných kovů. Nový princip by mohl generovat pohyb bez magnetů i bez vzácných zemin. Rotor navíc nemusí být kovový – může být vyroben například z pryskyřice či plastu, což umožňuje lehčí konstrukci a rychlejší odezvu zařízení.
Takový motor by mohl najít využití v robotice, kompaktních zařízeních nebo přesných mechanických systémech. Protože nevytváří magnetické pole, mohl by být vhodný i pro prostředí citlivá na magnetický šum, například uvnitř medicínských přístrojů nebo zařízení pro ukládání dat.
„Naše experimenty naznačily, že rotor motoru možná už nebude muset být kovový. Zpočátku to znělo neuvěřitelně. Ale když jsme důvěřovali datům a vyrobili rotor celý z plastu, skutečně se začal otáčet,“ říká Suzushi Nishimura.
Zajímavé je i historické pozadí objevu. Síla, kterou tým pozoroval, byla teoreticky předpovězena už před více než sto lety. Přesto ji dosud nikdo přímo neviděl. „Stát se prvním, kdo ji uvidí pouhým okem, byl mimořádně vzrušující okamžik. To je jeden z velkých důvodů, proč je věda tak zábavná,“ dodává Nishimura.
