ছোট দানাটিই কেন আধান নিয়ে যায়

গুঁড়ো ঝাঁকান, বালি ঢালুন, কফি পিষুন: দানাগুলো একে অপরকে ধাক্কা দেয় আর আলাদা হওয়ার সময় তড়িৎ-আধানযুক্ত হয়ে যায়। ঘর্ষণজনিত তড়িৎ-আধান (tribocharging) নামের এই প্রভাব আগ্নেয়গিরির অগ্ন্যুৎপাত, ধুলোঝড় ও বজ্রপাতে ভূমিকা রাখে, আর শিল্পেও — ইলেকট্রোফটোগ্রাফি ও স্প্রে কোটিং থেকে শুরু করে ওষুধ তৈরি পর্যন্ত। তবু, লেখকেরা লিখছেন, এর কার্যপ্রণালী “এখনও অধরা”।

একই বালি, বিপরীত আধান

দুটি পর্যবেক্ষণ একে ধাঁধায় পরিণত করে। প্রথমত, একই পদার্থের দানাও একে অপরকে আধানযুক্ত করে, আর তাদের আকারই ঠিক করে আধান কোন দিকে যাবে: প্রচলিত ধারণা হলো ছোট দানা ঋণাত্মক আর বড় দানা ধনাত্মক হয়। দ্বিতীয়ত, এই পোলারিটি এক পদার্থ থেকে আরেক পদার্থে উল্টে যায়।

আগের ব্যাখ্যাগুলো এর কোনো না কোনোটিতে আটকে যেত। পৃষ্ঠে আটকে থাকা উচ্চ-শক্তির ইলেকট্রনের কথা প্রস্তাব করা হয়েছিল, কিন্তু পরিমাপে সেগুলো এত কম পাওয়া গেছে যে আধান বহন করা সম্ভব নয়। এরপর অধিশোষিত হাইড্রক্সাইড (OH⁻) স্তর থেকে আয়ন স্থানান্তরের প্রস্তাব আসে, কিন্তু তা বলতে পারে না রাসায়নিকভাবে অভিন্ন দানাগুলো কেন কেবল আকার অনুযায়ী ভাগ হয়ে যায়। গবেষণাপত্রটির মতে, 2018 সাল থেকে প্রশ্নটি পুরোপুরি খোলা।

সংঘর্ষের তাপ

দক্ষিণ কোরিয়ার KAIST-এর Donggeun Kang, Yong-Hyun Kim ও তাঁদের সহকর্মীরা, থাইল্যান্ডের সুরানারী প্রযুক্তি বিশ্ববিদ্যালয়ের (Suranaree University of Technology) সঙ্গে মিলে, শুরু করেন ঘর্ষণের সবচেয়ে সরল পরিণতি থেকে: তাপ। দুটি দানা ধাক্কা খেলে তাঁরা ধরে নেন, সংঘর্ষ দুটি পৃষ্ঠেই সমান পরিমাণ তাপ জমা করে। পার্থক্য হলো সেই তাপ কোথায় যায়। ছোট দানায় বাঁকা পৃষ্ঠ তাপকে ঘনীভূত করে, আর তা শুষে নেওয়ার মতো পদার্থও কম থাকে। ছোট দানাটি শেষে বেশি গরম হয়।

সংস্পর্শে থাকা দুটি পদার্থের মধ্যে তাপমাত্রার পার্থক্য একটি ভোল্টেজ তৈরি করে: এটিই সিবেক প্রভাব, থার্মোকাপলের মূলনীতি। এখানে ΔV = −SΔT, যেখানে S হলো পদার্থটির সিবেক সহগ। এই ভোল্টেজ আধানকে এক দানা থেকে অন্য দানায় ঠেলে দেয়। দিক ঠিক করে S-এর চিহ্ন: S ধনাত্মক হলে ধনাত্মক বাহক গরম দানার দিকে বয়ে যায়; ঋণাত্মক হলে যায় ইলেকট্রন।

সমান তাপ, অসমান উষ্ণতা: তাপমাত্রার ফারাক ΔT একটি ভোল্টেজ ΔV = −SΔT তৈরি করে, আর সিবেক সহগ S-এর চিহ্ন ঠিক করে আধান কোন দিকে বইবে। — চিত্র 1, Kang et al. (2026), arXiv:2610.36757.

এক ডিগ্রির হাজার ভাগের কয়েক ভাগ

দলটি এক সেকেন্ডের দশ হাজার ভাগের এক ভাগ স্থায়ী একটি সংঘর্ষের সময় গোলাকার দানার ভেতরে তাপ সমীকরণ সমাধান করেছে, বারোটি পদার্থের জন্য — নাইলন ও রেশম থেকে কোয়ার্টজ ও PVC পর্যন্ত।

• একই ব্যাসার্ধের (100 মাইক্রোমিটার) দুটি দানার মধ্যে কেবল পদার্থই ফল বদলে দেয়: নাইলনে সংস্পর্শস্থল প্রায় 0.6 ডিগ্রি গরম হয়, কোয়ার্টজে প্রায় 0.17, আর ভোল্টেজের চিহ্ন বিপরীত হয়। এভাবে অনুমিত পদার্থের ক্রম একটি প্রকাশিত ট্রাইবোইলেকট্রিক সিরিজের — যে তালিকা পদার্থগুলোকে তাদের গৃহীত আধান অনুযায়ী সাজায় — সঙ্গে 83% মিলে যায়।
• দুটি কোয়ার্টজ দানার মধ্যে, 100 মাইক্রোমিটার ব্যাসার্ধের একটি দানা বনাম একটি বড় দানা, ফারাক বাড়ে আকারের পার্থক্যের সঙ্গে: 200 মাইক্রোমিটার ব্যাসার্ধের দানার বিপরীতে এক ডিগ্রির হাজার ভাগের 4.4 ভাগ, 800 মাইক্রোমিটার ব্যাসার্ধের দানার বিপরীতে 10.5।

দশ হাজার সংঘর্ষ

একটি মাত্র সংঘর্ষেই পুরো গল্প নয়: বাস্তবের গুঁড়ো বারবার ধাক্কা খায়। বহু সংঘর্ষ জুড়ে প্রতিটি দানা গরম হয় তার তাপধারকত্ব অনুযায়ী, যা তার ব্যাসার্ধের ঘনের সঙ্গে বাড়ে। তখন একটি ছোট ও একটি বড় দানার মধ্যে ভোল্টেজ তাদের ব্যাসার্ধের ঘনের বিপরীত রাশির পার্থক্য, R_s⁻³ − R_l⁻³, অনুযায়ী বদলায়।

এরপর লেখকেরা 600টি ছোট দানা (ব্যাসার্ধ 50 থেকে 150 মাইক্রোমিটার) ও 400টি বড় দানার (100 থেকে 400 মাইক্রোমিটার) একটি মিশ্রণ 10,000টি সংঘর্ষ জুড়ে সিমুলেট করেন। কোয়ার্টজে, যার সিবেক সহগ ঋণাত্মক, ছোট দানাগুলো শেষে ঋণাত্মক আর বড়গুলো ধনাত্মক হয়: এটিই ধ্রুপদী ধারা। নাইলনে, যার সহগ ধনাত্মক, ধারাটি উল্টে যায়। দুটি প্রবণতাই এই পদার্থগুলোর ক্ষেত্রে পরীক্ষায় পাওয়া ফলের সঙ্গে মেলে।

দানা-জোড়ার মধ্যে ভোল্টেজ আকারের অনুপাতের সঙ্গে বাড়ে, কোয়ার্টজ (লাল) ও নাইলনের (নীল) ক্ষেত্রে বিপরীত চিহ্নে; ছোট ও বড় দানা শেষে বিপরীত আধান পায়, আর দুই পদার্থের মধ্যে পোলারিটি উল্টে যায়। — চিত্র 4, Kang et al. (2026), arXiv:2610.36757.

মডেলটি যা ধরে নেয়

এটি একটি তাত্ত্বিক গবেষণাপত্র, নতুন কোনো পরীক্ষা ছাড়া। এটি ধরে নেয় প্রতিটি সংঘর্ষের তাপ দুটি দানার মধ্যে সমানভাবে ভাগ হয়; লেখকেরা উল্লেখ করেন, ভিন্ন কাঠিন্য বা স্থিতিস্থাপকতার দানা তা অসমানভাবে ভাগ করতে পারে, যা একটি খোলা প্রশ্ন। দানাগুলো আদর্শ গোলক, আর বেশ কয়েকটি প্যারামিটার, যেমন সংঘর্ষের শক্তির যে অংশ তাপে পরিণত হয়, হাতে বসানো।

তাঁদের মডেলে জ্যামিতি ঠিক করে কোন দানাটি বেশি গরম হবে, আর পদার্থ ঠিক করে আধান কোন দিকে যাবে। লেখকেরা এতে দেখছেন “সংস্পর্শজনিত আধান-স্থানান্তর নিয়ন্ত্রণের একটি সাধারণ কৌশল”।