GSA. Электризация трением

Какова роль трения при электризации трением

Еще со времен древнего Египта и древней Греции было известно, что натертый шерстью кусочек янтаря (янтарь — по-гречески "электрон", отсюда и происхождение термина "электричество") способен притягивать к себе клочки папируса или другие легкие предметы. При трении, как мы сейчас говорим, тела электризуются, т.е. приобретают электрический заряд значительной величины. При этом электризуются оба трущиеся тела, получая одинаковые по величине, но противоположные по знаку заряды.

Электризация трением характеризуется рядом закономерностей, отличающихся весьма большим разнообразием. Так, например, при трении двух диэлектриков положительно заряжается тот из них, диэлектрическая проницаемость которого имеет наибольшее значение. Если же в процессе электризации трением участвуют химически одинаковые тела, то положительный заряд приобретает тело с большей плотностью. Пыль, скользящая по поверхности вещества, из которого она образовалась, электризуется отрицательно, в чем не трудно убедиться, царапая мрамор, гипс, эбонит, сухое дерево и т.д., следя за перемещением пылинок в электрическом поле. Снежинки и водяные брызги, поднимаемые ветром, также заряжаются отрицательно. Во время песчаных и снежных бурь проволочные изгороди накапливают заряд такой величины, что, прикоснувшись к ним, животное или человек в буквальном смысле могут быть повержены на землю. Электризацией сопровождается любой технологический процесс, в котором происходит распыление, дробление, разделение, смешение, перемещение по трубам и т.д. диэлектрических материалов. При разбрызгивании жидкостей, просеивании порошков, продувании газов через жидкость также наблюдается электризация.

Все, кто носит одежду из синтетических волокон, хорошо знакомы с явлением электризации. Разность потенциалов, приобретаемая человеческим телом при ношении такой одежды, может достигать десятков тысяч вольт. Стоит только прикоснуться наэлектризованному человеку к металлическим конструкциям, к отопительным батареям, например, как возникает искровой разряд. Чтобы в домашних условиях убедиться в наличии накопленного при электризации заряда, достаточно воспользоваться обыкновенной неоновой лампочкой, применяемой в качестве индикатора во многих бытовых и измерительных приборах. Если взять такую лампочку за цоколь и прикоснуться контактом на ее конце к водопроводному крану или батарее отопления в не закрашенном месте, то при наличии электростатических зарядов лампочка на мгновение засветится. Никаких неприятных ощущений не чувствуется при этом. При заправке самолетов горючим вследствие электризации при интенсивной его прокачке по трубопроводам и фильтрам разность потенциалов между землей и горючим в топливных баках достигает величины порядка 160 тысяч вольт и более.

В технологических процессах, связанных с переработкой или получением горючих или взрывчатых материалов процессы электризации и связанные с ними разряды могут привести и приводят к катастрофическим последствиям. Ежегодно в мире происходит несколько тысяч взрывов пыли и десятки тысяч пожаров на промышленных предприятиях (нефтяных базах, бензохранилищах, танкерах и самолетах), причиной которых является статическое электричество.

Однако, несмотря на серьезность последствий, связанных со статическим электричеством, до сих пор нет полной, а иногда и удовлетворительной картины в понимании механизмов электризации трением, хотя существенные сдвиги в раскрытии тайн этого многоликого явления уже произошли благодаря успехам, достигнутым в области физики поверхности твердых тел.

Все же большая часть вопросов остается пока без ответа. Одно и то же вещество, на-пример, выступая в различно подобранных парах, может заряжаться и положительно и отрицательно. Известны так называемые трибоэлектрические ряды (tribos в переводе с греческого означает трение), в которых предыдущее тело ряда электризуется положительно, а последующее — отрицательно. Так, в ряду Фарадея (мех, фланель, слоновая кость, перья, горный хрусталь, бумажная ткань, шелк, дерево, металлы, сера) электризуемые вещества расположены от плюса к минусу. Еще более любопытен ряд Гезехуса, в котором расположение диэлектриков характеризуется не только переходом от положительного электричества к отрицательному, но и уменьшением твердости в той же последовательности: алмаз (твердость по шкале Мооса — 10), топаз (8), горный хрусталь (7), стекло (5), слюда (8), сера (2), воск (1). Для металлов, однако, в трибоэлектрическом ряду наблюдается возрастание твердости, но и механизм электризации трением у них иной, чем у диэлектриков, и он объясняется на основе контактной разности потенциалов.

В заключение можно сослаться на бытующее мнение, в соответствии с которым наэлектризованные, например, под душем, струйки воды (как отмечалось выше, при разбрызгивании воды капельки заряжаются отрицательно), вызывают приятное эмоциональное воздействие на человека, тогда как положительный заряд вызывает ощущение дискомфорта, подавленности, угнетенности.