Трибоэлектрический эффект — появление электрических зарядов в материале из-за трения (разделения материалов после плотного контакта). Еще в античности Фалес натирал янтарную палочку мотком шерсти и примагничивал к палочке опилки и стружки. Советские дети тёрли об голову надутый воздушный шарик, а потом приклеивали его к потолку. С появлением оргтехники, бытовой электроники, упаковочного пенопласта и бинбэгов (кресла-мешки) в ход пошли котики.
Так что мы знаем на данный момент про трибоэлектричество?
- Трибология — наука, раздел физики, занимающийся исследованием и описанием контактного взаимодействия твёрдых деформируемых тел при их относительном перемещении. Областью трибологических исследований являются процессы трения, изнашивания и смазки.
- Трибоэлектрический эффект очень непредсказуем, и можно сделать лишь широкие обобщения.
- Всеобъемлющая теория электризации пока не построена, но выявлено много эмпирических закономерностей.
- Правило Коэна: материал с более высокой диэлектрической постоянной получает положительный заряд. Правило Коэна получило подтверждение более чем для 400 веществ.
- Полярность и сила создаваемых зарядов различаются в зависимости от материалов, шероховатости поверхности, температуры, деформации и других свойств.
- Опытным путем были найдены трибоэлектрические ряды (впервые Иоганом Вильке в 1757): вещество, расположенное в верхней части ряда при контакте будет заряжено положительно, а то что ниже — будет заряжено отрицательно. Некоторые из рядов представлены в таблице:
- Существует и трибоэлектрическое кольцо: в паре шёлк-стекло стекло заряжается отрицательно, в паре стекло-цинк отрицательно заряжается цинк, в паре цинк-шёлк отрицательно заряжается шёлк.
- Человек, идущий по ковру или снимающий нейлоновую рубашку или ёрзающий в автокресле, может создать разность потенциалов в несколько тысяч вольт, чего достаточно, чтобы вызвать искру длиной один миллиметр или более.
- Электростатический разряд может не проявляться во влажном климате, поскольку поверхностная конденсация обычно предотвращает трибоэлектрический заряд, а повышенная влажность увеличивает электропроводность воздуха.
- Самолет в полёте «трётся» о воздух и накапливает трибоэлектрический заряд.
- В NASA есть «правило трибоэлектрификации», согласно которому они отменяют запуск ракеты, если предполагается, что ракета-носитель пройдет через определенные типы облаков.
- Статический разряд представляет особую опасность на элеваторах из-за опасности взрыва пыли. Возникающая искра способна воспламенить горючие пары, например бензин, пары эфира, а также газообразный метан.
- Для бестарных поставок топлива и заправки топливом самолетов заземляющее соединение выполняется между транспортным средством и приемным баком перед открытием баков.
- При заправке автомобилей на торговой станции прикосновение к металлу автомобиля перед открытием бензобака или прикосновение к форсунке может снизить риск статического воспламенения паров топлива.
- Некоторые электронные устройства, в первую очередь CMOS-интегральные схемы и MOSFET-транзисторы, могут быть случайно повреждены высоковольтным статическим разрядом. Такие компоненты обычно хранятся в токопроводящей пене.
- Заземление путем прикосновения к рабочему столу или использования специального браслета или браслета на щиколотке является стандартной практикой при работе с неподключенными интегральными схемами.
Общая модель электронного облака и потенциальной ямы, предложенная Вангом для объяснения трибоэлектрификации и переноса и высвобождения заряда между двумя материалами, которые могут не иметь четко определенной структуры энергетических зон.
Источники
- Triboelectric effect
- This is Science: носимая электроника и трибоэлектричество. Часть 1
- Вдувай и получай электроэнергию
- Трибоэлектричество – еще один источник энергии
P.S.
