Чистота – запорука заряду
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Якщо погладити суху чорну кішку, її шерсть наелектризується, і в темряві буде видно блакитні іскорки розрядів. З цим явищем, безсумнівно, стикалися ще стародавні єгиптяни, які обожнювали муркотливе плем’я мишоловів, але електриці дали ім’я стародавні греки, котрі помітили здатність натертого бурштину – «електрона» притягати легкі предмети. І до сих пір не знайти хлопчаки, який б не розважався химерним танцем папірців під дією статичної електрики, що видобувається за допомогою пересічного пластмасового гребінця, потертого об штангу.
Скільки у мухи ніг!
Аристотель, великий вчитель натуралістів давнини, написав в одному зі своїх творів, що у мухи вісім ніг. І цьому свято вірили впродовж майже двох тисяч років, поки хтось із вчених, прихлопнувши настирливу комаху, не спромігся перерахувати у неї ноги. Їх виявилося всього шість!
Чому ж ніхто не зробив цього раніше? По-перше, тому, що авторитет Аристотеля був дуже високий; по-друге, тому, що перевірити твердження вчителя було аж надто просто.
Точно така ж ситуація склалася і з електризацією тертям. Як тільки стало відомо, що носіями електрики служать рухливі електрони, сам собою склався висновок: тіла електризуються від тертя тому, що при контакті електрони між тілами перерозподіляються. І це пояснення відразу ж стало хрестоматійним в силу своєї безсумнівної очевидності.
А експерименти, надійні судді гіпотез, – що сказали вони? Та нічого, тому що ніхто їх і не збирався ставити. Навіщо перевіряти те, що і так ясно?
І ось вже багато десятиліть (а в наш час за десять років в науці відбувається куди більше подій, ніж за часів Аристотеля їх відбувалося за ціле тисячоліття) люди успішно користувалися електризацією тертям, щоб прискорювати елементарні частинки; боролися зі статичною електрикою на виробництві та в побуті. Але … по суті справи, не знали нічого про те, звідки ж вона все-таки береться!
Первісна електрика
Вивчаючи в школі хімію, ми мимоволі звикаємо до думки про те, що формули, які пишуться в підручниках, в точності відповідають складу речовин, з якими доводиться мати справу в повсякденному житті. Скажімо, що в щіпці звичайної кухонної солі міститься абсолютно рівне число позитивно заряджених іонів натрію та негативно заряджених іонів хлору.
Дійсність виявляється, проте, куди складніше схеми, зручної для вивчення: жоден реальний кристал не може бути ідеальним, він неминуче буде містити домішки, в його кристалічній решітці неодмінно будуть зустрічатися дефекти. Причому, те ж саме можна сказати і про будь-яку тверду речовину.
Чи позначаться подібні відхилення від ідеального складу і будови на електричні властивості твердих тіл?
Уявімо собі, що на кожну тисячу мільярдів пар протилежно заряджених іонів припадає один позитивний іон, позбавлений пари, що компенсує його електричний заряд. Чи зауважимо ми настільки мале порушення порядку? Ще як: розрахунок показує, що в цьому випадку поблизу зразка розміром з таблетку пірамідону виникає позитивне електричне поле з напруженістю до 15 тисяч вольт на сантиметр! Інакше кажучи, дивним слід вважати не стільки те, що тверді тіла здатні створювати навколо себе потужне електричне поле, скільки те, що вони його зазвичай не мають, а набувають при терті.
Так куди ж дівається заряд, властивий в принципі всім твердим тілам від народження? А нікуди – його просто приховує, компенсує шар іонів протилежного знака, притягнутих з повітря і адсорбованих на поверхні. Коли ж ми тремо один діелектрик об інший (хоча б гладимо сухою рукою суху кішку), іонна «сорочка» стирається і оголюється чиста, первородно заряджена поверхня.
Отже, чому сухі кішки електризуються, якщо їх гладити, зрозуміло: ми просто витираємо свої руки об їх шерсть. Але чому вони повинні бути до того ж і чорними? Чи тому, що в чорній шерсті краще помітні електричні іскри, або ж тому, що чорні кішки ретельніше вилизуються?
Автор: М. Ларін.