Ученые наконец объяснили природу электризации трением

Новая версия, прекрасно согласующаяся с экспериментальными данными, описана в научной статье, принятой к публикации в журнал Physical Review Letters. Пока же можно ознакомиться с её препринтом. Исследованиями руководил Лоуренс Маркс из Северо-Западного университета в США, передает nauka.vesti.ru.

Первое упоминание электризации трением связано с именем древнегреческого философа Фалеса Милетского, жившего в VII–VI веках до нашей эры. Он заметил, что мех, потёртый янтарной палочкой, притягивает пылинки. К слову, древнегреческое слово “электрон” (ἤλεκτρον) буквально означает “янтарь”.

“С тех пор стало ясно, что трение создаёт статический заряд на [поверхности] всех диэлектриков, не только меха, – рассказывает Маркс. – Однако примерно здесь научный консенсус и закончился”.

До сегодняшнего дня физикам не удавалось достоверно установить, какой же механизм стоит за электризацией трением, также именуемой в научных кругах трибоэлектрическим эффектом.

Новая теория связывает его с флексоэлектрическим эффектом. Это явление имеет место, когда диэлектрик подвергается неравномерной деформации (то есть степень деформации меняется от точки к точке), в нём возникает разность потенциалов. Это происходит из-за того, что внутри вещества перераспределяются электрические заряды.

Между тем даже самые гладкие поверхности на наноуровне представляют собой невообразимый хаос из “горных хребтов” и “впадин”. При трении эти крошечные неровности деформируются, что должно провоцировать флексоэлектрический эффект.

По расчётам авторов, при этом возникает разность потенциалов ±1-10 вольт. Этого вполне достаточно, чтобы обеспечить электризацию трением.

Модель хорошо согласуется с несколькими видами экспериментальных результатов. Так, она объясняет, почему предметы заряжаются при трении, даже если они сделаны из одного и того же материала. Также становится понятным неоднородное распределение трибоэлектрического заряда. Кроме того, теория прекрасно прогнозирует результаты измерений плотности поверхностного заряда.

“Наши результаты показывают, что трибоэлектричество, флексоэлектричество и трение неразрывно связаны”, – резюмирует Маркс.

Добавим, что данное открытие сулит и практическую пользу. Так, электризация трением используется в разнообразных устройствах. А в других случаях её, наоборот, надо предотвращать, ведь проскочившая искра может стать причиной пожара. Более глубокое понимание природы эффекта позволит инженерам эффективнее его использовать или, напротив, избавляться от него.