Spanning loopt op vóór de korrels schuiven

Zoutkorrels in een glas Foto NRC Fotodienst

Waarnemingen zonder enige verklaring duiken niet veel meer op in de wetenschappelijke literatuur, maar de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) brengt er een deze week: over elektrische verschijnselen in bloem en andere poeders.

Het is een observatie uit het vakgebied van de ‘stortgoedtechnologie’ dat twintig jaar geleden nog op academisch niveau werd onderwezen. Het verdween van de universiteit juist omdat de theorievorming zo achterbleef.

De stortgoedtechnologie onderzoekt het gedrag van korrelige massa’s zoals bloem, meel, graan, suiker en zout, droge producten die vaak in bulk worden getransporteerd en opgeslagen. Sneeuw en droog zand vallen er ook onder. Zelfs steenkool en ijzererts. Bulk solids is de vakaanduiding.

Bij transport en opslag doen zich geregeld onverwachte problemen voor. Er ontstaan klonten en bruggen, het komt tot stuwing , enzovoort. Verklaringen zijn zeldzaam, betrouwbaar voorspellen is uitgesloten. Troy Shinbrot en collega’s van Rutgers University opperen in de PNAS het vermoeden dat het gedrag van de poeders voor een deel is af te leiden uit de elektrische verschijnselen die zich erin voordoen.

Shinbrot c.s. onderzochten de kleine lawines die in stortgoed optreden als dat te hoog wordt opgestapeld. Wie zout, suiker of droog zand uitschenkt op een bord krijgt ze onmiddellijk te zien. In grote partijen stortgoed kunnen de lawines gevaarlijk zijn, je wilt ze kunnen voorspellen.

De onderzoekers vulden een rond glas, zoals op de foto, met een synthetisch poeder (later ook met bloem) en lieten het glas langzaam draaien zodat voortdurende kleine lawines optraden. Een sensor registreerde de opbouw en plotselinge ontlading van elektrische spanning. Belangrijk: er trad steeds een goed meetbare spanningsopbouw op vóór het poeder ging schuiven. Ook in experimenten waarbij het glas was vervangen door een langzaam kantelende doos was dat zo. De onderzoekers vermoeden dat zich elektrische spanning opbouwt op het moment dat de onderlinge afstand tussen de korrels – noodzakelijkerwijs – toeneemt om de stroming mogelijk te maken. Ze hebben dat ook gedeeltelijk kunnen bevestigen, maar waarom het gebeurt, dat weten ze nog niet.