Трибоэлектричество

Трибоэлектри́чество — явление возникновения электрических зарядов при трении, вид статического электричества. Термин образован от греческого «трибос» — трение. Появление электрических зарядов связано с контактными явлениями, в частности с наличием контактной разности потенциалов. Знаки зарядов, возникающих при трении двух тел, определяются их составом, плотностью, диэлектрической проницаемостью, состоянием поверхности. Трибоэлектричество возникает при просеивании порошков, разбрызгивании жидкостей, трении газов о поверхности тел.
Трибоэлектричество наблюдается при взаимном трении двух диэлектриков, полупроводников, металлов различного химического состава или одинакового состава, но разной плотности, при трении металлов о диэлектрики, при трении двух одинаковых диэлектриков, при трении жидких диэлектриков друг о друга или о поверхность твердых тел. При этом электризуются оба тела; их заряды одинаковы по величине и противоположны по знаку. Трибоэлектричество характеризуется рядом закономерностей. При трении двух химически одинаковых тел положительные заряды получает более плотное из них. Металлы при трении о диэлектрик электризуются как положительно, так и отрицательно. При трении двух диэлектриков положительно заряжается диэлектрик с большей диэлектрической проницаемостью. Тела можно расположить в трибоэлектрические ряды, в которых предыдущее тело электризуется положительно, а последующее — отрицательно. Ряд Фарадея: плюс — мех, фланель, слоновая кость, перья, горный хрусталь, флинтглас, бумажная ткань, шелк, дерево, металлы, сера — минус. Для диэлектриков, расположенных в трибоэлектрический ряд, наблюдается убывание твердости. Ряд Гезехуса: плюс — алмаз (твердость 10), топаз (8), горный хрусталь (7), гладкое стекло (5), слюда (3), кальцит (3), сера (2), воск (1) — минус. Для металлов характерно возрастание твердости. У жидких диэлектриков положительный заряд приобретает вещество с большей диэлектрической проницаемостью или поверхностным натяжением.
Электризация трущихся тел тем больше, чем больше их поверхность. Пыль, скользящая по поверхности тела, из которого она образовалась (мрамор, стекло, снежная пыль), электризуется отрицательно. При просеивании порошков через сито они заряжаются. Так, порошки из серы и сурика, просеянные отдельно, заряжаются отрицательно, вместе — зарядами различного знака (сера — отрицательно, сурик — положительно) за счет трения между частицами. При разбрызгивании жидкостей, например при ударе о твердую или жидкую поверхность, наблюдается электризация как жидкости, так и окружающего газа, причем знаки зарядов зависят от рода газа. Электризация наблюдается также при прохождении газов через жидкости. Трибоэлектричество осложняется наличием пленок влаги на поверхности и загрязнением поверхности.
Трибоэлектричество у твердых тел объясняется переходом носителей тока при трении от одного тела к другому. В случае двух металлов, двух полупроводников или металла и полупроводника трибоэлетричество обусловлено переходом электронов от вещества с меньшей работой выхода к веществу с большей. При контакте металла с диэлектриком трибоэлектричество возникает за счет перехода электронов из металла в диэлектрик и перехода ионов того или иного знака из диэлектрика на поверхность металла. При трении двух диэлектриков трибоэлектричество обусловлено диффузией электронов и ионов. Существенную роль может играть разное нагревание тел при трении, что вызывает переход носителей тока с локальных неоднородностей более нагретой поверхности («истинное трибоэлектричество»). При трении двух диэлектриков, отличающихся только плотностью, из более плотного вещества будет диффундировать больше электронов и оно зарядится положительно; при контакте двух разных диэлектриков из вещества с большей диэлектрической проницаемостью будет переходить больше электронов. Причиной трибоэлектричества может служить также механическое удаление отдельных участков поверхности пьезоэлектриков.
Трибоэлектричество жидкостей связано с появлением двойных электрических слоев на поверхностях раздела двух жидких сред или на границах жидкость — твердое тело. При трении жидкостей о металлы в процессах течения или разбрызгивания при ударе трибоэлектричество возникает за счет электролитического разделения зарядов на границе металл — жидкость. Электризация при трении двух жидких диэлектриков — следствие существования двойных электрических слоев на поверхности раздела жидкостей с разными значениями диэлектрической проницаемости; жидкость с большей диэлектрической проницаемостью заряжается положительно, а с меньшей диэлектрической проницаемостью — отрицательно (правило Коэна). Разрушением двойных электрических слоев на границе жидкость — газ объясняется трибоэлектричеством при разбрызгивании жидкостей вследствие удара о поверхность твердого диэлектрика или о поверхность жидкости (электризация в водопадах).
Трибоэлектричество приводит к нежелательному накоплению электрических зарядов в диэлектриках, например в синтетической ткани, в бумаге (в полиграфии). Его устраняют заземлением металлических деталей, ионизацией воздуха, применением электрических разрядников, увеличением проводимости диэлектриков. В ряде случаев трибоэлектричество имеет полезные применения, например, при получении высоких потенциалов с помощью электростатических генераторов. Явление трибоэлектричества лежит в основе метода трибоэлектрической дефектоскопии. Трибоэлектричество применяется при исследовании энергетического спектра электронных ловушек в твердых телах, а также в минералогии для исследования центров люминесценции минералов, определения возраста пород и условий их образования.
Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика