Команда американских ученых разработала новую модель, которая показывает, что трение двух объектов вместе производит статическое электричество из-за изгиба крошечных выступов на поверхности материалов. Их работа принята к публикации в журнале Physical Review Letters, с ее препринтом можно ознакомиться на arXiv.org.

Большинство людей испытывало на себе разряд статического электричества. Однако детальное понимание того, как оно происходит, ускользало от ученых на протяжении более чем 2500 лет. Греческий философ Фалес Милетский впервые сообщил о вызванном трением статическом электричестве около 600 г. до н. э. после того, как натер янтарь мехом и заметил, что последний начал притягивать пыль. С тех пор стало ясно, что трение вызывает появление статического электричества во всех изоляторах, а не только в мехе. Однако именно на этом более или менее закончился научный консенсус.

На наноуровне все материалы имеют шероховатые поверхности с бесчисленными крошечными выступами. Когда два материала соприкасаются и трутся друг о друга, эти выступы изгибаются и деформируются. Команда исследователей из Северо-Западного университета обнаружила, что эти деформации приводят к возникновению напряжений, которые в конечном итоге и вызывают появление статического заряда. Это явление называется «флексоэлектрическим эффектом» и связано с разделением электрических зарядов при действии напряжений.

Ученые на простой модели показали, что напряжения, возникающие на изгибах выступов во время трения, действительно достаточно велики, чтобы вызвать статическое электричество. Эта работа объясняет ряд экспериментальных наблюдений (например, почему заряды образуются даже тогда, когда два куска одного и того же материала стираются вместе) и предсказывает экспериментально измеренные заряды с замечательной точностью.

«Наш вывод предполагает, что трибоэлектричество, флексоэлектричество и трение неразрывно связаны, — отметил ведущий автор исследования, профессор материаловедения и инженерии в Северо-Западном университете Лоренс Маркс. — Этот факт позволяет нам лучше понять трибоэлектричество и использовать его в новых технологиях».