Der Triboelektrische Effekt
Der triboelektrische Effekt ist eine Form der Kontaktelektrifizierung, bei der bestimmte Materialien elektrisch geladen werden, nachdem sie von einem anderen Material getrennt wurden, mit dem sie in Kontakt waren. Die meisten statischen Elektrizitäten, denen wir täglich begegnen, werden durch den triboelektrischen Effekt verursacht.
Ladung durch Reibung
Das Aufladen eines festen Objekts durch Reiben lässt sich durch den Elektronentransfer von einem Objekt zum anderen erklären. Dies kann leicht erzeugt werden, indem zwei unterschiedliche Materialien aneinander gerieben werden, wie beispielsweise Bernstein mit Fell oder Glas mit Seide. Die Reibung der beiden Materialien erhöht den Effekt aufgrund des häufigen Kontakts und der Trennung dieser Materialien.
Statische Elektrizität im Alltag
An trockenen Tagen ist statische Elektrizität viel deutlicher spürbar, da die Luft weniger Wassermoleküle enthält, die ein Auslaufen ermöglichen würden. Sie haben wahrscheinlich statische Elektrizität erlebt, wenn Sie Ihre Haare kämmen oder ein synthetisches Hemd aus dem Wäschetrockner nehmen. Ein Schock beim Berühren eines Metalltürknaufs nach dem Rutschen über einen Autositz oder das Gehen über einen Nylon-Teppich ist ebenfalls ein häufiges Phänomen.
Grundlagen des Triboelektrischen Effekts
In festen Materialien bleiben die Kerne in der Regel nahe an festen Positionen, während einige Elektronen sich recht frei bewegen können. Wenn ein Objekt neutral ist, enthält es gleiche Mengen an positiver und negativer Ladung. Makroskopische Objekte aus leitenden chemischen Elementen können je nach Element mehr oder weniger leicht Elektronen aufnehmen oder abgeben und dann eine Netto-Negativ- oder Positivladung auf unbestimmte Zeit beibehalten.
Mechanismen des Triboelektrischen Effekts
Für den triboelektrischen Effekt ist es ausreichend, dass beide Materialien in Kontakt kommen und Elektronen übertragen. Nach dem Kontakt wird um einige Teile der beiden Oberflächen herum eine chemische Bindung gebildet und die Ladung übertragen, um die elektrochemischen Potenziale auszugleichen. Dies erzeugt ein allgemeines Ladungsungleichgewicht zwischen den beiden Objekten. Bei der Trennung neigen einige Bindungsatome dazu, zusätzliche Elektronen zu halten, während andere versuchen, Elektronen loszuwerden, obwohl das Ungleichgewicht teilweise beseitigt wird.
Elektrostatische Entladung
Elektrostatische Entladung, abgekürzt als ESD, ist ein plötzlicher und kurzfristiger elektrischer Strom zwischen zwei Objekten mit unterschiedlichem elektrischem Potential. Ein Funke wird ausgelöst, wenn die elektrische Feldstärke etwa 4–30 kV/cm überschreitet – die dielektrische Feldstärke der Luft. Ein Beispiel für eine elektrostatische Entladung in der Natur ist der Blitz.
Verbindung zur Technologie und Sicherheit
Elektrostatische Entladung ist in der Technologie, insbesondere bei elektronischen Komponenten und insbesondere bei integrierten Schaltkreisen, ein ernstes Problem. Sogar in einem unmerklichen Moment kann der Schaltkreis durch bloßen Kontakt mit einem anderen Objekt mit unterschiedlichem elektrischem Potential zerstört werden. Verschiedene antistatische Geräte sind darauf ausgelegt, die sichere Erdung der elektrostatischen Ladung zu gewährleisten.
Häufig gestellte Fragen
Warum werden einige geriebene Materialien geladen? Das Aufladen eines festen Objekts durch Reiben lässt sich durch den Elektronentransfer von einem Objekt zum anderen erklären.
Was verursacht statische Elektrizität? Die meisten statischen Elektrizitäten, denen wir täglich begegnen, werden durch den triboelektrischen Effekt verursacht.
Was sind 3 wichtige Fakten über statische Elektrizität? Statische Elektrizität ist ein informeller Begriff für Phänomene, die durch die Ansammlung elektrischer Ladung auf der Oberfläche verschiedener Körper und Objekte und deren Austausch bei Kontakt miteinander verursacht werden.
