Трибоэлектричество

Опубликовано 01.04.2010 Ведущий Антон Панкратов

Трибоэлектричество (от греч. tribos - трение), явление возникновения электрических зарядов при трении. Наблюдается при взаимном трении двух диэлектриков, полупроводников или 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 твёрдых тел и др. 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 е. Тела можно расположить в трибоэлектрические ряды, в которых предыдущее тело электризуется положительно, а последующее - отрицательно [ряд Фарадея: (+) мех, фланель, слоновая кость, перья, горный хрусталь, флинтглас, бумажная ткань, шёлк, дерево, металлы, сера (-)]. Для диэлектриков, расположенных в трибоэлектрический ряд, наблюдается убывание твёрдости [ряд Гезехуса: (+) алмаз (твёрдость 10), топаз (8), горный хрусталь (7), гладкое стекло (5), слюда (3), кальцит (3), сера (2), воск (1) (-)]. Для металлов характерно возрастание твёрдости. У жидких диэлектриков положительный заряд приобретает вещество с большей e или поверхностным натяжением.
Трибоэлектричество у твёрдых тел объясняется переходом носителей тока при трении от одного тела к другому. В случае двух металлов, двух полупроводников или металла и полупроводника Трибоэлектричество обусловлен переходом электронов от вещества с меньшей работой выхода к веществу с большей (см. Контактная разность потенциалов). При контакте металла с диэлектриком Трибоэлектричество возникает за счёт 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 также 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 e будет переходить больше электронов. Причиной Трибоэлектричество может служить также механическое удаление отдельных участков поверхности пьезоэлектриков. Трибоэлектричество приводит к нежелательному накоплению электрических зарядов в диэлектриках, например в синтетической ткани, в бумаге (в полиграфии) и др. Его устраняют заземлением металлических деталей, ионизацией воздуха, применением электрических разрядников, увеличением проводимости диэлектриков.
Применение трибоэлектричества для практических целей до сих пор не имеет широкого распространения. Однако перспективы этого являются одним из направлений альтернативной энергетики, из которых самым известным является генератор Тестатика.