Efecte triboelèctric

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
Sèrie triboelèctrica:
Major càrrega positiva
+
Aire
Pell humana
Cuir
Pell de conill
Vidre
Quars
Mica
Pèl humà
Nylon
Llana
Plom
Pell de gat
Seda
Alumini
Paper ( petita càrrega positiva )
Cotó ( sense càrrega )
0
Acer ( sense càrrega )
Fusta ( petita càrrega negativa )
Polimetilmetacrilat
Ambre
Lacre
Acrílic
Poliestirè
Globus de goma
Resina s
Goma dura
Níquel, Coure
Sofre
Bronze, Plata
Or, Platí
Acetat, Raió
Goma sintètica
Polièster
Escuma de poliestirè
Orlón
Paper film per embalar
Poliuretà
Polietilè (cinta Scotch)
Polipropilè
Vinil (PVC)
Silici
Tefló
Goma de Silicona
Ebonita
-
Major càrrega negativa

L' efecte triboelèctric és un tipus de electrificació causat pel contacte amb un altre material (per exemple el fregament directe). La polaritat i la força de les càrregues produïdes es diferencien segons els materials, l'aspror superficial, la temperatura, la tensió, i altres característiques. S'anomena triboelectricidad (del grec tribein , "fregar"[1] i ἤλεκτρον , electró , "ambre") al fenomen d'electrificació per fregament. L'electrostàtica, es pot produir per fregament o per influència.

L'ambre, per exemple, pot adquirir una càrrega elèctrica pel contacte i la separació (respectivament fricció) amb un material com la llana. Aquesta característica, registrada primer per Tales de Milet, suggerint la paraula "electricitat", de la paraula grega (grec) per a l'ambre "electró".

Mecanisme[modifica | modifica el codi]

Els àtoms estan compostos per un nucli carregat positivament a causa dels protons, que es troba envoltat per electrons carregats negativament. Així, l'àtom és elèctricament neutre.

No obstant això, no tots els elements presenten la mateixa afinitat pels electrons, és a dir, la seva tendència a captar o cedir electrons. Això és a causa que els elements químics tendeixen a adquirir la configuració electrònica dels gasos nobles més propers, ja que són els elements electroquímicament més estables. Així, el fluor, l'element amb major electroafinitat, tendirà a captar un electró per així adquirir la configuració del neó, i de la mateixa forma el magnesi tendirà a cedir-los amb la mateixa finalitat.

Encara que una mica més complex, quan es freguen dos materials composts per elements diferents, la diferència en afinitat electrònica provoca que un dels materials adquireixi electrons de l'altre, i per tant que un quedi carregat positiva i un altre negativament. Perquè es produeixi aquesta transferència de càrregues no és necessari el fregament; mitjançant contacte també es produeix aquesta transferència, però en fregar es renoven contínuament els punts de contacte per on es transfereixen les càrregues, i per tant té el mateix efecte que si augmentéssim la superfície real de contacte.

Una vegada que l'intercanvi de càrregues ha tingut lloc i els dos cossos s'han separat, si el material és conductor les càrregues es repartiran uniformement per tot el seu volum, mentre que si el material és aïllant, la càrrega romandrà molt prop de la superfície on ha tingut lloc la transferència de càrregues. En aquest últim cas, el valor de la càrrega dipositada pot oscil·lar entre 10 -11 i 10 -9 C per cada mil·límetre quadrat de superfície (aproximadament un electró lliure per cada 1000 àtoms).[1]

Sèrie triboelèctrica[modifica | modifica el codi]

La seqüència triboelèctrica és una llista de materials disposats en un ordre determinat.

Fregant dos materials de la seqüència, el que estigui en la posició més alta es carregarà positivament, mentre que el que se situï més a baix es carrega negativament. A més com més separats estiguin els materials a la taula, més intensa és la seva electrització.

Els materials s'enumeren sovint en l'ordre de la polaritat de la separació de la càrrega quan es toquen amb un altre objecte. Un material cap al fons de la sèrie, quan està tocant a un material proper al límit de la sèrie, aconseguirà una càrrega més negativa, i viceversa. Com més lluny estan els dos materials en la sèrie, major és la càrrega transferida.

Aquestes taules, encara que orientatives, no sempre són certes, ja que depenen de l'estat de les superfícies que es posen en contacte, de la humitat, del fregament, i d'altres factors.[1]

Els materials a prop en la sèrie poden no intercanviar l'un amb l'altre cap càrrega, o poden intercanviar el contrari del què és implicada per la llista. Això depèn més de la presència del fregament, la presència de contaminants o de òxid s, o sobre característiques amb excepció en del tipus de material. La càrrega també varia per als materials pròxims.

Causa[modifica | modifica el codi]

Encara que la paraula ve del Grec per al "fregament", els "tribos", els dos materials necessiten només entrar en contacte i després separar perquè els electrons siguin intercanviats. Després d'entrar en contacte, un vincle químic es forma entre algunes parts de les dues superfícies, anomenat adherència, i les càrregues es mouen a partir d'un material a l'altre per igualar la seva potencial electroquímic. Això és què crea el desequilibri net de la càrrega entre els objectes. Quan estan separades, alguns dels àtoms consolidats tenen una tendència a guardar electrons addicionals, i una mica una tendència a donar-los lluny, encara que el desequilibri serà destruït parcialment per fer un túnel o la interrupció elèctrica (generalment descàrrega de corona). A més, alguns materials poden intercanviar els ions de la mobilitat que diferencia, o intercanviï els fragments carregats de molècules més grans

L'efecte triboelèctric es relaciona només amb la fricció perquè tots dos impliquen l'adherència. No obstant això, l'efecte es realça enormement fregant els materials junts, ja que es toquen i se separen moltes vegades. Per a les superfícies amb diferència de geometria, el fregament pot també conduir a la calefacció de sortints, causant la separació piroeléctrica de la càrrega que poden afegir a l'existent electrificació del contacte, o que pot oposar la polaritat existent. Els nano-efectes superficials no s'han pogut entendre bé, i el microscopi atòmic de la força ha fet possible un progrés sobtat en aquest camp de la física.

Perquè la superfície del material aquesta ara elèctricament carregada, negativament o positivament, qualsevol contacte amb un objecte conductor descarregat o amb un objecte que té càrrega substancialment diversa pot causar una descàrrega elèctrica de l'electricitat estàtica urbanitzada, una espurna. Una persona que camina simplement a través d'una catifa pot acumular una càrrega de molts milers de volts, bastants per a causar una espurna a un centímetre de distància o més. Aquest tipus de descàrrega és generalment inofensiva perquè l'energia ((V2 * C)/2) (energia ((V 2 * C)/2)) de l'espurna és molt petita, uns 10 mJ amb el temps sec i fred, i molt menys que això en condicions humides. En vol l'avió desenvolupa una càrrega estàtica de la fricció de l'aire a l'armadura d'avió. Els paràsits atmosfèrics es poden descarregar amb els descarregadors estàtics o els filtres estàtics.

Riscos i contramesures[modifica | modifica el codi]

L'efecte és d'una importància industrial considerable en termes de la seguretat i del dany del potencial als productes manufacturats. L'espurna produïda pot completament encendre els vapors inflamables, com ara, de la gasolina o l'èter. Els mitjans han de ser trobades per a descarregar els carros que poden portar aquests líquids en hospitals. Fins i tot on només es produeix una càrrega petita, aquesta pot donar lloc a les partícules de pols que són atretes a la superfície fregada. En el cas de la fabricació del tèxtil això pot conduir a una marca llardosa permanent on s'ha carregat el drap. Alguns dispositius electrònics, com passa amb els circuits integrats tipus CMOS i els transistors tipus MOSFET, es poden destruir accidentalment per descàrrega estàtica d'alt voltatge. Aquests components s'emmagatzemen generalment en una escuma conductora per a la seva protecció. Quan l'usuari es connecta a terra tocant la taula de treball, o utilitzant una polsera especial al canell (o turmell) es redueix el dany als dispositius electrònics que són sensibles a les descàrregues electrostàtiques.

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

Bibliografia[modifica | modifica el codi]

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. 1,0 1,1 1,2 Courty, JM i Kierlik, E.. «Raigs a casa». Investigació i ciència, juliol de 2009, p. 90-91.

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]