Efecto triboeléctrico

	Serie triboeléctrica:
	Maior carga positiva
	+
	Ar
	Pel humana
	Coiro
	Pel de coello
	Vidro
	Cuarzo
	Mica
	Pelo humano
	Nailon
	La
	Chumbo
	Pel de gato
	Seda
	Aluminio
	Papel (pequena carga positiva)
	Algodón (sen carga)
	0
	Aceiro (sen carga)
	Madeira (pequena carga negativa)
	Polimetilmetacrilato
	Ámbar
	Lacre
	Acrílico
	Polistireno
	Globo de caucho
	Resinas
	Caucho dura
	Níquel, Cobre
	Xofre
	Bronce, Prata
	Ouro, Platino
	Acetato, Raión
	Caucho sintético
	Poliéster
	Espuma de polistireno
	Orlón
	Papel film para embalar
	Poliuretano
	Polietileno (cinta Scotch)
	Polipropileno
	Vinilo (PVC)
	Silicio
	Teflón
	Caucho de Silicona
	Ebonita
	−
	Maior carga negativa

O efecto triboelétrico.

O efecto triboeléctrico é un tipo de electrificación causado polo contacto con outro material (por exemplo o frotamento directo). A polaridade e a forza das cargas producidas diferéncianse segundo os materiais, a aspereza superficial, a temperatura, a tensión, e outras características. Denomínase triboelectricidade (do grego τρίβειν tríbein, "frotar"^[1]) ao fenómeno de electrificación por frotamento. A electrostática, pode producirse por frotamento ou por influencia.

O ámbar, por exemplo, pode adquirir unha carga eléctrica polo contacto e a separación (respectivamente atrito) cun material como a la. Esta característica, foi rexistrada primeiro por Tales de Mileto quen suxeriu a palabra "electricidade", da palabra grega (grego) para o ámbar "electrón".

Mecanismo

Os átomos están compostos por un núcleo cargado positivamente debido aos protóns, que se atopa rodeado por electróns cargados negativamente. Así, o átomo é electricamente neutro.

Con todo, non todos os elementos presentan a mesma afinidade polos electróns, é dicir, a súa tendencia a captar ou ceder electróns. Isto é debido a que os elementos químicos tenden a adquirir a configuración electrónica dos gases nobres máis próximos, xa que son os elementos electroquimicamente máis estables. Así, o flúor, o elemento con maior electroafinidade, tenderá a captar un electrón para así adquirir a configuración do neon, e da mesma forma o magnesio tenderá a cedelos co mesmo fin.

Aínda que algo máis complexo, cando se fregan dous materiais compostos por elementos diferentes, a diferenza en afinidade electrónica provoca que un dos materiais adquira electróns do outro, e xa que logo que un quede cargado positiva e outro negativamente. Para que se produza esta transferencia de cargas non é necesario o frotamento; mediante contacto tamén se produce esta transferencia, pero ao fregar renóvanse continuamente os puntos de contacto por onde se transfiren as cargas, e polo tanto ten o mesmo efecto que se aumentásemos a superficie real de contacto.

Unha vez que o intercambio de cargas tivo lugar e os dous corpos se separarón, se o material é condutor as cargas repartiranse uniformemente por todo o seu volume, mentres que se o material é illante, a carga permanecerá moi preto da superficie onde tivo lugar a transferencia de cargas. Neste último caso, o valor da carga depositada pode oscilar entre 10-11 e 10-9 C por cada milímetro cadrado de superficie (aproximadamente un electrón libre por cada 1000 átomos).^[1]

Serie triboeléctrica

A secuencia triboeléctrica é unha lista de materiais dispostos nunha orde determinada.

Frotando dous materiais da secuencia, o que estea na posición máis alta cargarase positivamente, mentres que o que se sitúe máis abaixo cárgase negativamente. Ademais canto máis separados estean os materiais na táboa, máis intensa é a súa electrización.

Os materiais enuméranse a miúdo na orde da polaridade da separación da carga cando se tocan con outro obxecto. Un material cara ao fondo da serie, cando está tocando a un material próximo ao tope da serie, logrará unha carga máis negativa, e viceversa. Canto máis lonxe están os dous materiais na serie, maior é a carga transferida.

Estas táboas, aínda que orientativas, non sempre son certas, posto que dependen do estado das superficies que se pon en contacto, da humidade, do frotamento, e doutros factores.

Os materiais cerca na serie poden non intercambiar o un co outro ningunha carga, ou poden intercambiar o contrario do que é implicada pola lista. Isto depende máis da presenza do frotamento, a presenza de contaminantes ou de óxidos, ou sobre características con excepción do tipo de material. A carga tamén varía para os materiais próximos.

Causa

Aínda que a palabra vén do grego para o "frotamento", os "tribos", os dous materiais necesitan soamente entrar en contacto e despois separarse para que os electróns sexan intercambiados. Logo de entrar en contacto, un vínculo químico fórmase entre algunhas partes das dúas superficies, chamado adherencia, e as cargas móvense a partir dun material ao outro para igualar o seu potencial electroquímico. Isto é que crea o desequilibrio neto da carga entre os obxectos. Cando están separadas, algúns dos átomos consolidados teñen unha tendencia a gardar electróns adicionais, e algo unha tendencia a dalos lonxe, aínda que o desequilibrio será destruído parcialmente por facer un túnel ou a interrupción eléctrica (xeralmente descarga de coroa).

O efecto triboeléctrico relaciónase soamente coa fricción porque ambos implican a adherencia. Con todo, o efecto reálzase enormemente fregando os materiais xuntos, pois se tocan e sepáranse moitas veces. Para as superficies con diferenza de xeometría, o frotamiento pode tamén conducir á calefacción de saíntes, causando a separación piroeléctrica da carga que poden agregar á existente electrificación do contacto, ou que pode opor a polaridad existente. Os nano-efectos superficiais non se puideron entender ben, e o microscopio de forza atómica fixo posible un progreso repentino neste campo da física.

Porque a superficie do material esta agora eléctricamente cargada, negativamente ou positivamente, calquera contacto cun obxecto condutor descargado ou cun obxecto que ten carga substancialmente diversa pode causar unha descarga da electricidade estática. Unha persoa que camiña simplemente a través dunha alfombra pode acumular unha carga de moitos milleiros de voltios, bastantes para causar unha faísca a un centímetro de distancia ou máis. Este tipo de descarga é xeralmente inofensiva porque a ( enerxía ((V² * C)/2) ) da faísca é moi pequena,uns 10 mJ co tempo seco e frío, e moito menos que iso en condicións húmidas. En voo o avión desenvolve unha carga estática da fricción do aire na armadura de avión. Os parasitos atmosféricos pódense descargar cos descargadores estáticos ou os filtros estáticos.

Riscos e contramedidas

O efecto é dunha importancia industrial considerable en termos da seguridade e do dano do potencial aos produtos manufacturados. A faísca producida pode completamente acender os vapores inflamables, por exemplo, da gasolina ou do éter. Os medios teñen que ser atopados para descargar os carros que poden levar tales líquidos en hospitais. Ata onde soamente se produce unha carga pequena, esta pode dar lugar ás partículas de po que son atraídas á superficie frotada. No caso da fabricación do téxtil isto pode conducir a unha marca permanente onde se cargou o pano. Algúns dispositivos electrónicos, como sucede cos circuítos integrados tipo CMOS e os transistores tipo MOSFET, pódense destruír accidentalmente por descarga estática de alta voltaxe. Tales compoñentes almacénanse xeralmente nunha espuma condutora para a súa protección. Cando o usuario se conecta a terra tocando a mesa de traballo, ou usando unha pulseira especial na boneca (ou nocello) redúcese o dano aos dispositivos electrónicos que son sensibles ás descargas electrostáticas.

Notas

↑ ^1,0 ^1,1 Courty, J.M. e Kierlik, E. (xullo de 2009). "Raios en casa". Investigación e ciencia (394): 90–91. )

Véxase tamén

Bibliografía

Allen, Ryne, C., Triboelectric Generation: Getting Charged [1][2]
Besançon, Robert M. (1985). The Encyclopedia of Physics, Third Edition. Van Nostrand Reinhold Company. ISBN 0-442-25778-3.
Harvard University Background of the Triboelectric Effect [3]

Outros artigos

Ligazóns externas

Millennium Product — the Tribopen - Wolfson Electrostatics.
Charged Rod Demonstration - University of Minnesota, Crookston.

[Courty2009-1] 1,0 ^1,1 Courty, J.M. e Kierlik, E. (xullo de 2009). "Raios en casa". Investigación e ciencia (394): 90–91. )

[1]