§ 7. Электризация трением.

Основной причиной явления, которое мы называем «электризация трением», является то, что при тесном соприкосновении двух различных тел часть электронов переходит с одного тела на другое (рис. 11). В результате этого на поверхности первого тела оказывается положительный заряд (недостаток электронов), а на поверхности второго тела – отрицательный заряд (избыток электронов). Смещение электронов при этом очень мало, оно бывает порядка межатомных расстояний ( м). Поэтому возникший на границе двух тел так называемый двойной электрической слой ничем не проявляет себя во внешнем пространстве. Но если тела раздвинуть, то на каждом из них окажется заряд того или иного знака (рис. 12). В этом мы и убеждаемся, внося каждое из этих тел в стакан электроскопа (рис. 9).

Рис. 11. Возникновение двойного электрического слоя при тесном соприкосновении двух различных тел

Рис. 12. После раздвигания тел каждое из них оказывается заряженным

Говоря о «тесном соприкосновении» двух тел, мы имели в виду такое сближение их, при котором расстояние между частицами разных тел становится примерно таким же, как расстояние между атомами или молекулами одного и того же тела. Только при этих условиях возможен «захват» одним телом электронов другого тела и возникновение двойного электрического слоя. Но тела, с которыми мы имеем дело, никогда не бывают идеально гладкими. Поэтому даже тогда, когда мы прижимаем два тела вплотную друг к другу, действительно тесное соприкосновение их в указанном смысле слова имеет место не на всей поверхности тел, а только в отдельных небольших участках. Когда мы трем тела друг о друга, мы увеличиваем число таких участков тесного соприкосновения, в которых происходит электризация, и тем самым увеличиваем общий заряд, который окажется на каждом из тел, когда мы их раздвинем. Только в этом и заключается роль трения. «Электризация трением» - это название, имеющее только историческое происхождение.

В том, что дело обстоит именно так и что возникновение электрических зарядов при тесном соприкосновении различных тел происходит и тогда, когда трения между этими телами в обычном смысле слова нет, нас убеждает опыт, изображенный на рис. 13. Возьмем два электроскопа и укрепим на стержне каждого из них высокий металлический стакан, как на рис. 9. В один из этих стаканов нальем дистиллированную воду и погрузим в нее шарик из парафина, укрепленный на изолирующей ручке (рис. 13,а). Вынув этот шарик из воды, мы увидим, что листки электроскопа разойдутся (рис. 13,б справа). Опыт удается независимо от того, погрузим мы шарик в воду на малую или на большую глубину и будем ли мы вынимать его из воды медленно или быстро. Это показывает, что заряды разделяются при соприкосновении шарика и жидкости и что трение, как таковое, здесь роли не играет. Перенеся шарик во второй стакан (рис. 13,б слева), мы увидим, что листки второго электроскопа расходятся, т. е. шарик приобрел электрический заряд при соприкосновении с водой. Соединим теперь электроскопы проволокой (рис. 13,в); листки обоих электроскопов опадают, и это показывает, что заряды, приобретенные водой и шариком, равны по модулю и противоположны по знаку.

Рис. 13. Электризация воды и парафинового шарика, погруженного в нее

Разделение зарядов и возникновение двойного электрического слоя имеет место при соприкосновении любых двух различных тел: диэлектриков или проводников, твердых тел, жидкостей или газов. Мы увидим дальше (§ 76), какое значение имеет этот факт для объяснения ряда важных явлений, в том числе действия гальванических элементов. Почему же, описывая явления электризации трением, мы всегда брали для опыта только хорошие диэлектрики – янтарь, стекло, шелк, эбонит и т. п.? Причина этого заключается в том, что в диэлектриках заряд остается там, где он возник, и не может через всю поверхность тела перейти на другие соприкасающиеся с данным телом предметы. Впрочем, одно из натираемых тел могло бы быть и куском металла, укрепленным на изолирующей ручке. Однако наш опыт электризации трением не удался бы, если бы оба трущиеся друг о друга тела были металлами, даже если оба эти тела были изолированы. Причина заключается в том, что мы практически не можем отделить наши тела одно от другого сразу по всей поверхности. Вследствие неизбежной их шероховатости в момент отрыва всегда будут оставаться какие-то последние точки соприкосновения, и так как электроны свободно движутся через металл, то через эти «мостики» в последний момент все избыточные электроны перетекут с одного куска металла на другой, и оба они окажутся незаряженными.

7.1. Почему при расчесывании сухих волос пластмассовым гребнем волосы «прилипают» к гребню (при этом иногда слышно легкое потрескивание, а в темноте удается наблюдать и маленькие искорки, проскакивающие между волосами и гребнем)?

7.2. Прижмите к теплой кафельной печи лист бумаги и потрите его ладонями. Лист пристанет к поверхности печи. При отрывании слышен треск, и в темноте видны искры между бумагой и печью. Объясните явление. Почему опыт обычно не удается с холодной, нетопленной печью? Обратите внимание на сказанное в § 2.