La fisica della maschera facciale N95

Jul 20, 2023

Rhett Allain

Siamo nel 2022, e ormai sono quasi due anni che indossiamo tutti le mascherine. E a meno che tu non sia un chirurgo o un operaio edile che li indossava già tutti i giorni, in questi due anni probabilmente hai imparato molto su di loro: quali ti piacciono di più, dove trovarli e se ne hai degli extra nascosti nella tasca del cappotto o da qualche parte nella tua macchina.

Ma sapete cosa rende così speciale la pregiata maschera N95? Scopriamolo.

Le fibre delle normali maschere facciali in tessuto o carta filtrano le particelle bloccandole fisicamente, ma le fibre di una maschera N95 utilizzano anche un ottimo trucco fisico. Queste fibre sono caricate elettricamente.

La carica elettrica è una delle proprietà fondamentali di tutte le particelle. Quasi tutto ciò che ti circonda è composto da tre particelle: il protone, l'elettrone e il neutrone. (Per ora, ignoriamo muoni e neutrini, entrambe particelle fondamentali che esistono realmente, così come altre particelle che sono teoricamente possibili.)

Proprio come ogni particella ha una massa, ha anche una carica. Il protone ha una carica elettrica positiva del valore di 1,6 x 10-19 coulomb, l'unità di misura della carica elettrica. L'elettrone ha la carica esattamente opposta. Ciò lascia il neutrone con carica zero (quindi la parte "neutro" di "neutrone").

La carica elettrica è una parte fondamentale dell'interazione elettrostatica, la forza tra le cariche elettriche. L'entità di questa forza dipende dall'entità delle due cariche e dalla distanza tra loro. Possiamo calcolare questa forza con la legge di Coulomb. Sembra questo:

In questa espressione,K è una costante con un valore di 9 x 109 N×m2/C2. Le accuse sonoq1Eq2e la distanza tra loro èR . Questo darà una forza in newton. Se le due cariche hanno lo stesso segno (entrambe positive o entrambe negative) allora si tratterà di una forza repulsiva. Se le due cariche hanno segni diversi la forza è attrattiva.

Di Brenda Stolyar e Eric Ravenscraft

Se tutto è fatto di elettroni e protoni, non dovrebbero esserci forze elettriche tra ogni cosa? Beh, più o meno. Elettroni e protoni sono estremamente piccoli. Ciò significa che anche una piccola goccia d’acqua conterrà qualcosa come 1022 protoni. Quella goccia avrà probabilmente lo stesso numero di elettroni. (E a nessuno importa dei neutroni, almeno per ora.) Ciò rende la carica complessiva di questa goccia d’acqua pari a zero coulomb. Anche se hai elettroni in più nella tua acqua, la carica totale sarà piccola, poiché la carica dell’elettrone è debole. Essenzialmente, la maggior parte delle cose che puoi vedere sono elettricamente neutre senza forze elettriche.

Ricordi quella volta che hai tirato fuori un calzino dall'asciugatrice e ti si è attaccato alla maglietta? Se si tratta di un'interazione di elettricità statica, come si è caricato il calzino?

Per rendere un calzino carico negativamente, c'è solo un modo: assicurarsi che il calzino abbia più elettroni che protoni. Avrai bisogno di molti elettroni, forse qualcosa dell'ordine di 1013 elettroni extra. (Per darti un'idea di quanto sia grande questo numero, sarebbe il numero totale di banconote che dovresti dare a tutti sulla terra $ 1.000 in singole.) Tutti quegli elettroni in più darebbero al calzino una carica negativa complessiva di circa 1 microcoulomb (1 x 10-6 C).

Se vuoi che lo stesso calzino sia carico positivamente, invece di aggiungere elettroni dovresti rimuoverli. Ciò lascerebbe il calzino con più protoni che elettroni per una carica complessiva positiva. Ma non puoi semplicemente rimuovere i protoni dalla maggior parte degli oggetti, volenti o nolenti. Beh, puoi, ma potrebbe essere molto brutto. Ripensa alla tavola periodica degli elementi. Diciamo che inizi con un oggetto fatto di carbonio, che ha sei protoni nel nucleo. Se rimuovessimo uno di questi protoni, non sarebbe più carbonio. Sarebbe boro, che ha cinque protoni, e avresti appena creato una reazione nucleare.

Parte MN

Lauren Goode