أظهر الباحثون أن القوة الكهروستاتيكية التي تم تجاهلها منذ فترة طويلة يمكن أن تصبح قوية بشكل مدهش في سائل خاص متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف، مما يتسبب في تحرك السائل بطرق غير مرئية في المواد التقليدية. الائتمان: Scitechdaily.com

تتيح القوى الكهروستاتيكية تشغيل الجهد المنخفض دون الاعتماد على المواد الأرضية النادرة.

يعتمد كل محرك كهربائي تقريبًا في الحياة الحديثة، بدءًا من المروحة الموجودة على مكتبك إلى محرك السيارة الكهربائية، على المغناطيسية. لأكثر من قرن من الزمان، هيمنت المجالات المغناطيسية على تصميم المحركات لأن القوى الكهروستاتيكية كانت تعتبر ضعيفة للغاية بالنسبة للآلات العملية.

ويواجه هذا الافتراض الآن تحديًا من خلال فئة مذهلة من المواد المعروفة باسم السوائل الفيروكهربائية. تستجيب هذه السوائل غير العادية بقوة للمجالات الكهربائية، وتكشف عن تأثيرات رفضها العلماء ذات مرة باعتبارها أصغر من أن تكون ذات أهمية.

يعتقد معظم الناس أن الكهرباء تخلق الحركة من خلال التجاذب بين الشحنات المتضادة. على الرغم من وجود هذه القوة الكهروستاتيكية، إلا أنها تفتقر بشكل عام إلى القوة اللازمة لتشغيل الآلات اليومية. ونتيجة لذلك، تحول المهندسون إلى المحركات الكهرومغناطيسية، التي تستخدم الكهرباء لتوليد مجالات مغناطيسية تنتج حركة دورانية.

لكن المجالات الكهربائية يمكنها أن تفعل أكثر من مجرد السحب. يمكنهم أيضًا إنشاء قوة جانبية دقيقة تعمل بشكل عمودي على الجهد المطبق. وفي المواد العادية، يكون هذا التأثير ضعيفًا جدًا لدرجة أنه لم يجذب سوى القليل من الاهتمام. تشير التجارب الجديدة إلى أنه في السوائل الفيروكهربائية، يمكن أن تصبح القوة قوية بشكل مدهش، قوية بما يكفي لتحريك السائل ضد الجاذبية وحتى قيادة نموذج أولي لمحرك بدون مغناطيس أو دوارات معدنية.

نموذج أولي لمحرك كهربائي متعلق بالعازل البلاستيكي (يسار: منظر بزاوية؛ يمين: منظر سفلي مع إزالة القطب السفلي للكشف عن دوار الراتينج). الائتمان: الصورة مقدمة من الأستاذ المعين خصيصًا سوزوشي نيشيمورا

التقدم الرئيسي في هذا البحث هو أنه يُظهر تجريبيًا أن هذه القوة الكهروستاتيكية الجانبية التي تم تجاهلها يمكن أن تصبح قوية بشكل غير متوقع في ظل الظروف المناسبة.

قام البروفيسور سوزوشي نيشيمورا المعين خصيصًا وفريقه في معهد طوكيو للعلوم (ساينس طوكيو) بدراسة السوائل الكهروضوئية وألقوا نظرة فاحصة على القوة الجانبية. وضعوا السائل بين قطبين كهربائيين متباعدين ببضعة ملليمترات فقط، ثم طبقوا الجهد الكهربي. وكانت النتيجة واضحة: تحرك السائل جانبيًا بمقدار 10 سنتيمترات تقريبًا، حتى أثناء العمل ضد الجاذبية. السوائل التقليدية التي تم اختبارها في نفس الإعداد لم تتحرك بهذه الطريقة. ظهر التأثير فقط في السائل الكهروضوئي.

البروفيسور المعين خصيصًا سوزوشي نيشيمورا. الائتمان: معهد العلوم طوكيو

الطريقة التي نمت بها القوة كانت أيضًا غير عادية. في المواد العادية، لا يؤدي رفع الجهد عادة إلى زيادة كبيرة في القوة. مع السائل الكهروحراري، أدت زيادة الجهد الصغيرة إلى زيادة متناسبة في القوة. تتصرف الكهرباء بطريقة مختلفة جذريًا في هذه المادة.

أظهر تحليل مفصل أن المجال الكهربائي يتسبب في اصطفاف الجزيئات الموجودة في السائل في ترتيب منظم، مما يؤدي إلى الدفع الجانبي. قادت هذه النتيجة إلى سؤال جديد: إذا كانت القوة قادرة على الدفع، فهل يمكنها أيضًا أن تجعل شيئًا ما يدور؟

وباستخدام هذا المبدأ، قام الفريق ببناء نموذج أولي لمحرك لا يحتاج إلى مغناطيس أو دوار معدني. وأكدت الاختبارات أن المحرك يمكنه الدوران باستخدام هذه القوة التي تم التحكم فيها حديثًا.

يوسع هذا الاكتشاف كيفية تصميم المحركات وأنظمة التشغيل. تعتمد معظم المحركات الكهرومغناطيسية اليوم على المغناطيس وملفات النحاس. يمكن لهذا النهج الجديد أن يخلق حركة بدون مغناطيس أو معادن أرضية نادرة، والتي يمكن أن تكون ذات قيمة في عالم تكون فيه الموارد المادية محدودة.

يمكن أن يكون التصميم أيضًا أخف وزنًا وأبسط. وبما أن المكون الدوار يمكن تصنيعه من الراتنج بدلا من المعدن، فقد تصبح الأجهزة أخف وزنا وأسرع في الاستجابة. ويمكن أن يساعد ذلك في مجال الروبوتات، والآلات المدمجة، والأنظمة الدقيقة.

ونظرًا لأن المحرك لا يعتمد على المجالات المغناطيسية، فقد يعمل أيضًا بشكل جيد في الأماكن التي تسبب فيها الضوضاء المغناطيسية مشاكل، بما في ذلك المعدات الطبية وأجهزة تخزين البيانات. كما أنه يعمل بفولتية أقل بكثير من الأجهزة الكهروستاتيكية التقليدية، مما قد يجعله أكثر أمانًا وعمليًا.

يقول سوزوشي نيشيمورا: “تشير تجاربنا إلى أن الجزء الدوار للمحرك ربما لم يعد بحاجة إلى أن يكون مصنوعًا من المعدن. بدت هذه الفكرة صعبة القبول في البداية. ولكن عندما وثقنا بالبيانات وصنعنا الدوار بالكامل من البلاستيك، أصبح يدور بالفعل”.

ويختتم قائلاً: “لقد تم التنبؤ بهذه القوة نظريًا منذ أكثر من 100 عام، ولكن لم يسبق لأحد رؤيتها بالعين المجردة. وكان كونك أول من لاحظها لحظة مثيرة بشكل لا يصدق. وهذه إحدى المكافآت العظيمة لكونك باحثًا. العلم ممتع!”

المرجع: “إجهاد ماكسويل العرضي الضخم في السوائل الكهروضوئية والنماذج الأولية للمحركات الكهروضوئية الجديدة” بقلم تاتسوهيرو تسوكاموتو، وسوزوشي نيشيمورا، 19 نوفمبر 2025، هندسة الاتصالات.
دوى: 10.1038/s44172-025-00530-2

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.