Навукоўцы нарэшце патлумачылі прыроду электрызацыі трэннем

Электрызацыя трэннем вядомая даўно, але яе прырода доўга заставалася цьмянай для спецыялістаў.

Са старажытных часоў вядома, што пасля трэння невялікія прадметы прыцягваюцца адзін да аднаго ці, наадварот, адштурхоўваюцца. Стагоддзі таму навукоўцы выявілі, што прычына ў электрычным зарадзе. А вось пра тое, чаму зараджаюцца целы праз трэнне, фізікі спрачаюцца і дагэтуль. Але нядаўна спецыялісты нарэшце знайшлі адказ.

Новая версія выдатна ўзгадняецца з эксперыментальнымі звесткамі і апісаная ў навуковым артыкуле, прынятым да публікацыі ў часопіс Physical Review Letters. Пакуль жа можна азнаёміцца з яе прэпрынтам. Даследаваннямі кіраваў Лоўрэнс Маркс з Паўночна-Заходняга ўніверсітэта ў ЗША, паведамляе nauka.vesti.ru.

Першая згадка электрызацыі трэннем звязаная з імем старажытнагрэцкага філосафа Фалеса Мілецкага, які жыў у VII–VI стагоддзях да нашай эры. Ён заўважыў, што мех, пацёрты бурштынавай палачкай, прыцягвае парушынкі. Дарэчы, старажытнагрэцкае слова "электрон" (ἤλεκτρον) літаральна азначае "бурштын".

"З тых часоў стала ясна, што трэнне стварае статычны зарад на [паверхні] ўсіх дыэлектрыкаў, не толькі футра, – апавядае Маркс. – Аднак прыкладна тут навуковы кансэнсус і скончыўся".

Да сёння фізікі не здолелі дакладна вызначыць, які ж механізм стаіць за электрызацыяй трэннем, таксама названым у навуковых колах трыбаэлектрычным эфектам.

Новая тэорыя звязвае яго з флексаэлектрычным эфектам. Гэтая з'ява мае месца, калі дыэлектрык зазнае нераўнамерную дэфармацыю (гэта значыць ступень дэфармацыі змяняецца ад кропкі да кропкі), у ёй узнікае рознасць патэнцыялаў. Гэта адбываецца таму, што ўнутры рэчыва пераразмяркоўваюцца электрычныя зарады.

Між тым нават самыя гладкія паверхні на нанаўзроўні ўяўляюць з сябе няўяўны хаос з "горных хрыбтоў" і "западзінаў". Пры трэнні гэтыя малюсенькія няроўнасці дэфармуюцца, што павінна правакаваць флексаэлектрычны эфект.

Паводле разлікаў аўтараў, пры гэтым узнікае рознасць патэнцыялаў ±1–10 вольтаў. Гэтага цалкам дастаткова, каб забяспечыць электрызацыю трэннем.

Мадэль добра ўзгадняецца з некалькімі відамі эксперыментальных вынікаў. Так, яна тлумачыць, чаму прадметы зараджаюцца пры трэнні, нават калі яны зробленыя з аднаго і таго ж матэрыялу. Таксама становіцца зразумелым неаднароднае размеркаванне трыбаэлектрычнага зарада. Акрамя таго, тэорыя выдатна прагназуе вынікі вымярэнняў шчыльнасці павярхоўнага зарада.

"Нашы вынікі паказваюць, што трыбаэлектрычнасць, флексаэлектрычнасць і трэнне непарыўна звязаныя", – рэзюмуе Маркс.

Дадамо, што гэтае адкрыццё абяцае і практычную карысць. Так, электрызацыя трэннем выкарыстоўваецца ў разнастайных прыладах. А ў іншых выпадках яе, наадварот, трэба прадухіляць, бо іскра можа стаць прычынай пажару. Больш глыбокае разуменне прыроды эфекту дазволіць інжынерам больш эфектыўна яго выкарыстоўваць ці, наадварот, пазбаўляцца ад яго.