Чистота – залог заряда
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Если погладить сухую черную кошку, ее шерсть наэлектризуется, и в темноте будут видны голубоватые искорки разрядов. С этим явлением, несомненно, сталкивались еще древние египтяне, обожествлявшие мурлыкающее племя мышеловов, но электричеству дали имя древние греки, заметившие способность натертого янтаря — «электрона» притягивать легкие предметы. И до сих пор не найти мальчишки, который бы не развлекался причудливым танцем бумажек под действием статического электричества, добываемого с помощью заурядной пластмассовой расчески, потертой о рукав.
Сколько у мухи ног!
Аристотель, великий учитель естествоиспытателей древности, написал в одном из своих сочинений, что у мухи восемь ног. И этому свято верили на протяжении почти двух тысяч лет, пока кто-то из ученых, прихлопнув назойливое насекомое, не удосужился пересчитать у него ноги. Их оказалось всего шесть!
Почему же никто не сделал этого раньше? Во-первых, потому, что авторитет Аристотеля был очень высок; во-вторых, потому, что проверить утверждение учителя было уж слишком просто.
Точно та же ситуация сложилась и с электризацией трением. Как только стало известно, что носителями электричества служат подвижные электроны, сам собой сложился вывод: тела электризуются от трения потому, что при контакте электроны между телами перераспределяются. И это объяснение тотчас же стало хрестоматийным в силу своей несомненной очевидности.
А эксперименты, надежные судьи гипотез,— что сказали они? Да ничего, потому что никто их и не собирался ставить. Зачем проверять то, что и так ясно?
И вот на протяжении многих десятилетий (а в наше время за десять лет в науке происходит куда больше событий, чем во времена Аристотеля их происходило за целое тысячелетие) люди успешно пользовались электризацией трением, чтобы ускорять элементарные частицы; боролись со статическим электричеством на производстве и в быту. Но… по сути дела, не знали ничего о том, откуда же оно все-таки берется!
Первородное электричество
Изучая в школе химию, мы невольно привыкаем к мысли о том, что формулы, которые пишутся в учебниках, в точности соответствуют составу веществ, с которыми приходится иметь дело в повседневной жизни. Скажем, что в щепотке обычной поваренной соли содержится абсолютно равное число положительно заряженных ионов натрия и отрицательно заряженных ионов хлора.
Действительность оказывается, однако, куда сложнее схемы, удобной для изучения: ни один реальный кристалл не может быть идеальным, он неизбежно будет содержать примеси, в его кристаллической решетке непременно будут встречаться дефекты. Причем, то же самое можно сказать и о любом твердом веществе.
Скажутся ли подобные отклонения от идеального состава и строения на электрических свойствах твердых тел?
Представим себе, что на каждую тысячу миллиардов пар противоположно заряженных ионов приходится один положительный ион, лишенный пары, компенсирующей его электрический заряд. Заметим ли мы столь малое нарушение порядка? Еще как: расчет показывает, что в этом случае близ образца размером с таблетку пирамидона возникает положительное электрическое поле с напряженностью до 15 тысяч вольт на сантиметр! Иначе говоря, удивительным следует считать не столько то, что твердые тела способны создавать вокруг себя мощное электрическое поле, сколько то, что они его обычно не имеют, а приобретают при трении.
Так куда же девается заряд, свойственный в принципе всем твердым телам от рождения? А никуда — его просто скрывает, компенсирует слой ионов противоположного знака, притянутых из воздуха и адсорбированных на поверхности. Когда же мы трем один диэлектрик о другой (хотя бы гладим сухой рукой сухую кошку), ионная «рубашка» стирается и обнажается чистая, первородно заряженная поверхность.
Итак, почему сухие кошки электризуются, если их гладить, понятно: мы просто вытираем свои руки об их шерсть. Но почему они должны быть к тому же и черными? Потому ли, что в черной шерсти лучше заметны электрические искры, или же потому, что черные кошки тщательнее вылизываются?
Автор: М. Ларин.