Трибоэлектричество

Трибоэлектричество (от греч. tríbos — 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.

Т. 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 2 диэлектриков положительно заряжается диэлектрик с большей диэлектрической проницаемостью e. 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.

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 счёт трения между частицами. При разбрызгивании жидкостей, например при ударе о твёрдую или жидкую поверхность, наблюдается электризация как жидкости, так и окружающего газа, причём знаки зарядов зависят от рода газа. Электризация наблюдается также при прохождении газов через жидкости. Т. осложняется наличием плёнок влаги на поверхности и загрязнением поверхности.

Т. у твёрдых тел объясняется переходом носителей тока при трении от одного тела к другому. В случае двух металлов, двух полупроводников или металла и полупроводника Т. обусловлен переходом электронов от вещества с меньшей работой выхода к веществу с большей (см. Контактная разность потенциалов). При контакте металла с диэлектриком Т. 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 Т. 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" Т.). 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 Т. может служить также механическое удаление отдельных участков поверхности пьезоэлектриков (см. Пьезоэлектричество).Т. жидкостей связано с появлением двойных электрических слоев на поверхностях раздела двух жидких сред или на границах жидкость — твёрдое тело. При трении жидкостей о металлы в процессах течения или разбрызгивания при ударе Т. возникает за счёт электролитического разделения зарядов на границе металл — жидкость (см. Электролиз). Электризация при трении двух жидких диэлектриков — следствие существования двойных электрических слоев на поверхности раздела жидкостей с разными e; жидкость с большей e заряжается положительно, а с меньшей e — отрицательно (правило Коэна). Разрушением двойных электрических слоев на границе жидкость — газ объясняется Т. при разбрызгивании жидкостей вследствие удара о поверхность твёрдого диэлектрика или о поверхность жидкости (электризация в водопадах). Т. 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.

Лит.: Хвольсон О. Д., Курс физики, 5 изд., т. 4, Берлин, 1923; Лёб Л., Статическая электризация, пер. с англ., М.—Л., 1963.

А. Н. Губкин.