Тайна электризации

Прежде всего напомню, что слово «трибо» в переводе с греческого означает «растирание». Поэтому электрические заряды, которые возникают на поверхности разнородных тел при трении их друг о друга, называются трибоэлектричеством. Понять это явление физики смогли тогда, когда открыли уже значительную часть явлений, связанных с движением и взаимодействием электрических зарядов, и определили самый маленький электрический заряд, отрицательно заряженную элементарную частицу – электрон.

Ученые выяснили, что при трении электризуются оба вещества, их заряды оказываются одинаковыми по значению, но противоположными по знаку. Еще Фарадей для классификации расположил диэлектрики, то есть вещества, не проводящие электрический ток, в ряд, получивший его имя (трибоэлектрический ряд Фарадея): (+) мех, фланель, слоновая кость, перья, горный хрусталь, флинтглас, бумажная ткань, шелк, дерево, металлы, сера (‑).

При этом русский физик Николай Александрович Гезехус обнаружил, что диэлектрики в трибоэлектрическом ряду располагаются по мере убывания их твердости: (+) алмаз, топаз, горный хрусталь, гладкое стекло, слюда, кальцит, сера и воск (‑). Эту классификацию назвали рядом Гезехуса. Отметим, что электризация вещества тем больше, чем значительнее поверхность натирающего тела. Электризуется пыль, которая скользит по поверхности тела, электризуется снег во время пурги и порошок, просеиваемый через сито. Электризуются жидкие диэлектрики. Особенно при разбрызгивании или при ударе струи о твердую или жидкую поверхность.

Все эти явления очень опасны на производстве и на транспорте. На заводах и на прядильных фабриках металлические части обязательно заземляют, применяют ионизацию воздуха и другие меры. На транспорте при перевозке и перекачке нефти, бензина может произойти нежелательное наложение статических зарядов. Особенно опасна трибоэлектризация в авиации. В полете на фюзеляже, на крыльях и на хвостовом оперении, а также во время заправки топливом в воздухе или на земле трение частиц вызывает появление электрического заряда. Причем разность потенциалов между самолетом и окружающей средой может достигнуть полутора мегавольт! Это вызывает на острых и выступающих частях конструкции коронный разряд, который создает помехи работе радиосистем и пожароопасную ситуацию в топливных баках. Например, если не заземлить прилетевший самолет сразу после полета на аэродроме, он может оказаться весьма опасным для любого, кто коснется его корпуса.

В чем же все‑таки причина трибоэлектричества твердых тел? В основе этого явления лежит контактная разность потенциалов, то есть разность потенциалов между двумя различными металлами, металлом и полупроводником или между двумя полупроводниками, которая возникает при их соприкосновении. При этом часть электронов из поверхностного слоя тела с меньшей работой выхода переходит в тело с большей работой выхода. И в зоне контакта образуется двойной электрический слой.

Контактная разность потенциалов сегодня широко используется в полупроводниковых приборах, в термопарах и других устройствах.