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마찰전기효과

Triboelectric effect
정전기로 인해 고양이 털에 달라붙은 스티로폼 땅콩.
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전자기학
Solenoid
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마찰전기효과(triboelectric effect, triboelectric charging, triboelectrication, triboelectrication, 또는 triboelectric charging이라고도 함)는 두 물체가 서로 접촉하거나 미끄러질 때 두 물체 사이의 전하 이동을 설명합니다.카펫 위의 신발 밑창과 같은 다양한 재질 또는 동일한 재질의 두 조각 사이에서 발생할 수 있습니다.어디에나 있으며, 모든 고체 물질에 대해 전하 이동량(트리보차지)이 다양하게 발생합니다.예를 들어 고체 튜브를 흐르는 액체 또는 공기를 통해 비행하는 항공기와 같은 고체, 액체 및 기체의 조합 사이에 마찰 대전이 발생할 수 있다는 증거가 있습니다.

정전기는 전하가 물체 중 하나 또는 둘 다에 머물면서 전도되지 않을 때 마찰 전기 효과의 결과로 발생하는 경우가 많습니다.트라이보전기라는 용어는 연구 분야 또는 트라이보전기 [1][2][3][4]효과의 일반적인 현상, 또는 [5][6]트라이보전기로 인한 정전기를 지칭하는 데 사용되어 왔습니다.미끄럼이 없을 때 마찰 충전을 접촉 전기라고 부르기도 하고, 정전기가 발생하면 접촉 전기라고 부르기도 합니다.이 용어들은 종종 혼용되며 혼동될 수 있습니다.

마찰 전하는 약품 [3][7]분말 포장과 같은 산업과 먼지[8] 폭풍과 행성 [9]형성과 같은 많은 과정에서 주요한 역할을 합니다.또한 마찰력과 접착력을 높일 수 있습니다.마찰 전기 효과의 많은 측면이 현재 이해되고 광범위하게 문서화되어 있지만, 근본적인 세부 사항에 대해서는 현재 문헌에 상당한 의견 차이가 남아 있습니다.

역사

참고 항목:전자기학과 고전광학의 연표, 전자기학의 역사, 전하학의 역사

마찰전기의 역사적 발전은 정전기와 전자 자체에 대한 연구와 맞물려 있습니다.마찰전기와 정전기와 관련된 실험은 전자의 발견 이전에 일어났습니다.엘렉트론이라는 이름은 [10][11]호박을 뜻하는 그리스어에서 유래되었는데, 이는 결국 기원전 [12]585년경 밀레토스의 탈레스가 정전 충전을 기록한 것과 관련이 있습니다.[12][13]접두사 tribo-(그리스어로 'rub'을 뜻함)는 마찰학과 [14]같이 미끄러짐, 마찰 및 관련 과정을 말합니다.

축대기(기원전 8세기~3세기)부터 호박을 문질러 정전기에 의한 물질의 인력과 자성 물질의 인력은 비슷하거나 [11]같다고 여겨졌습니다.유럽과 해외, 예를 들어 중국 [11]등에서 모두 알려진 흔적이 있습니다.시리아 여성들은 직물을 짜는 데 호박 회오리를 사용했고 대 [11][15]플리니가 언급한 것처럼 마찰전기의 특성을 이용했습니다.

그 효과는 중세 시대의 기록에 언급되어 있습니다.그리스 학자이자 12세기 작가인 테살로니카의 대주교 에우스타티우스는 고트족의 왕인 울리베르가 몸에서 불꽃을 뽑아낼 수 있었다고 기록하고 있습니다.그는 또한 철학자가 옷을 입는 동안 자신의 옷에서 불꽃을 뽑아낼 수 있었다고 진술하는데, 이는 1759년 철학적 [16]거래에서 찾을 수 있는 그의 실크 스타킹 실험에 대한 로버트 시머의 보고서와 유사합니다.

프란시스[17] 혹스비가 만든 발전기

일반적으로[13] 최초의 주요 과학적 분석은 1600년 [16][18]윌리엄 길버트가 그의 출판물 De Magnete에서 한 것으로 여겨집니다.그는 황, 왁스, 유리와 같은 호박보다 더 많은 물질들이 문지르면 정전기가 발생할 수 있고 습기가 전기화를 막는다는 것을 발견했습니다.토마스 브라운 경과 같은 다른 사람들은 물질적인 면과 Pseudodoxia [19]Epidemica에서 전기라는 단어를 처음 사용하는 면에서 약간 후에 중요한 기여를 했습니다.그는 금속이 마찰 대전을 보이지 않는다고 언급했습니다. 아마도 대전이 진행되었기 때문일 것입니다.중요한 단계는 1663년경 오토 폰 게릭케가[20] 마찰 전하 생성을 자동화할 수 있는 기계를 발명했을 때였습니다. 더 많은 마찰 전하를 생산하는 것을 훨씬 쉽게 만들 수 있었습니다. 다른 정전 발전기들이 그 [16]뒤를 이었습니다.예를 들어 그림은 프란시스 혹스비(Francis Hauksbe the Young)가 만든 정전기 발전기입니다.또 다른 중요한 발전은 1730년대 C.F. du Fay가 그가 유리체와 [21][22]수지체라고 이름 붙인 두 종류의 전하가 있다고 지적한 것입니다.이 이름들은 유리막대와 유연탄, 호박, 또는 du Fay의 [23]: I:44 실험에 사용된 밀봉 왁스(수지)에 해당합니다.이 이름들은 19세기 내내 사용되었답니다.전기의 종류들에 대한 긍정적인 그리고 부정적인 용어들의 사용은 그가 전기를 과잉 혹은 과소의 전기 [23]: 43–48 유체에 기인했던 1747년경 Benjamin Franklin의 독립적인 연구로부터 생겨났습니다.

비슷한 시기에 요한 칼 윌케는 1757년 논문에서 마찰전기 [24][25]시리즈를 발표했습니다.이 작업에서는 재료를 다른 재료에 접촉하거나 미끄러질 때 전하 분리 극성의 순서로 나열했습니다.영상 시리즈의 맨 위 부근에 있는 물질에 닿으면 더 많은 음전하를 얻을 수 있습니다.

마찰전기에 대한 최초의 체계적인 분석은 1834년 [26]장 클로드 외젠 페클레의 작품으로 여겨집니다.그는 표면의 재료, 압력 및 마찰과 같은 다양한 조건에 대한 마찰전기 충전을 연구했습니다.1909년[27] Owen과 1915년 [28]Jones에 의한 추가적인 양적 연구가 있기까지는 시간이 좀 걸렸습니다.가장 광범위한 초기 실험 분석은 1914년부터 1930년까지 쇼 교수 그룹에 의해 이루어졌는데, 쇼 교수는 실험 지식의 많은 기초를 놓았습니다.그는 일련의 논문에서 마찰전기 시리즈의 일부 결함을 처음으로 언급한 사람 중 한 명으로, 열이 마찰전기 [29]시리즈에 주요한 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다. 서로 다른 물질이 마찰전기 시리즈에서 어디로 떨어질지 자세히 분석하면서 동시에 [1]이상을 지적했습니다. 유리와 고체[30] 원소와 고체를 따로 분석했습니다.마찰 대전과 마찰 모두를 주의 깊게 측정하는 요소와 [31]직물, 공기가 뿜어내는 [32]입자로 인한 대전 분석, 표면 변형과 이완이 다양한 [33][34]재료에서 중요한 역할을 한다는 것을 입증하고 [35]실리카를 사용한 다양한 요소의 마찰 대전을 조사했습니다.

이 작업의 대부분은 위치와 밴드 [36]벤딩에 따른 에너지 수준의 고체 상태 변화를 이해하기 전에 수행됩니다.이것들이 양자 터널링과 쇼트키 장벽 효과와 같은 개념과 더불어 프랭크 필립 보우덴과 데이비드 [38]타보르의 작품에 기초한 접촉을 위한 퍼티와 같은 모델을 포함하는 것과 함께 고려된 것은 1950년대 초 빅과 같은[37] 작가들의 작업에서였습니다.

기본특성

마찰 대전은 두 물질이 접촉한 후 분리되거나 서로 미끄러질 때 발생합니다.예를 들면 면, 울, 폴리에스테르 또는 현대 의류에 [39]사용되는 혼방 직물로 만든 셔츠 소매에 플라스틱 펜을 문지르는 것입니다.전기가 통하는 펜은 1제곱 센티미터 미만의 종이 조각을 끌어당겨 집을 것이고, 비슷한 전기가 흐르는 펜을 밀어낼 것입니다.이 반발력은 두 개의 펜을 실 위에 매달고 서로 가까이 놓음으로써 감지할 수 있습니다.이러한 실험은 두 종류의 전하 이론으로 이어졌는데, 하나는 음의 전하이고, 부호에 대한 간단한 합은 총 전하를 제공한다는 이론입니다.충전된 플라스틱 펜이 중성의 충전되지 않은 용지에 정전기적으로 끌리는 것은[36]: Chapter 27 용지에 유도된 쌍극자 때문입니다.

마찰 전기 효과는 종종 많은 세부 사항이 [40]제어되지 않기 때문에 예측할 수 없습니다.간단한 설명이 없는 현상은 수년 전부터 알려져 왔습니다.예를 들어, 1910년 초, Jaimson은 셀룰로오스 조각의 경우,[41] 전하의 부호가 문지르는 동안 오목하게 휘어졌는지 볼록하게 휘어졌는지에 따라 달라진다는 것을 관찰했습니다.1917년 [1]쇼는 곡률을 가진 동일한 행동이 보고되었는데, 쇼는 다른 물질을 가진 곡률의 효과가 그들을 더 긍정적이거나 부정적으로 만든다고 언급했습니다.1920년, 리차드는 충돌하는 입자들에 대해 속도와 질량이 물질들만이 [42]아니라 역할을 한다고 지적했습니다.1926년 쇼는 두 개의 동일한 물질로 전하가 "고무"에서 "고무"로 이동하는 신호가 [43]시간에 따라 변할 수 있다고 지적했습니다.

최근에 나온 실험 결과 중에는 간단한 설명이 없는 것들도 있습니다.예를 들어, Burgo and [44]Erdemir의 연구는 팁이 기판에 밀어 넣었을 때와 꺼냈을 때 사이에 전하 이동의 부호가 역전된다는 것을 보여주었습니다. Lee et[45] al. and Forward, Laks and[46] Sankaran 등의 세부적인 연구는 크기가 다르지만 다음과 같은 지르코니아 입자들 사이의 충돌 동안 전하 이동을 측정합니다.동일한 조성, 하나의 크기는 양의 전하로, 다른 하나는 음의 전하로; 슬라이딩 또는 켈빈 탐침 현미경을[47] 사용한[46] 관찰은 명목상 동일한 물질 간의 불균일한 전하 변화를 보여줍니다.

아스퍼티 접촉에 의한 마찰 대전의 예시

트라이보차지가 발생하는 방법과 이유에 대한 세부 사항은 2023년 현재 기성 과학이 아닙니다.한 가지 성분은 두 [48]물질 사이의 일함수(전자 친화도라고도 함)의 차이입니다.예를 들어 [49][50]하퍼가 분석한 것처럼 전하 이동으로 이어질 수 있습니다.적어도 [37][51][52][53]1953년부터 알려져 있듯이, 접촉 가능성은 프로세스의 일부이지만 지난 두 [41][43][44][47]단락에서 언급된 것과 같은 많은 결과를 설명하지는 않습니다.많은 연구에서 일함수 차이(Volta potential)의 문제를 완전한 [54][55][56][4]설명으로 지적하고 있습니다.슬라이딩이 종종 중요한 이유에 대해서도 의문이 있습니다.표면에는 접촉이 일어나는 [38]곳에 많은 나노 스케일의 아스퍼티가 있으며, 이는 마찰 [49]전기화에 대한 많은 접근법에서 고려되어 왔습니다.볼타(Volta)와 헬름홀츠([50]Helmholtz)는 슬라이딩의 역할이 초당 더 많은 접점을 만들어내는 것이라고 제안했습니다.현대적인 관점에서, 전자가 원자보다 몇 배나 더 빠르게 움직이므로, 원자가 움직일 때 전자는 항상 평형 상태에 있게 됩니다(본-오펜하이머 근사치).이 근사치를 사용하면 슬라이딩 중의 각 강약 접촉은 정지된 접촉에 해당합니다. 슬라이딩 속도와 전자 [57]운동 사이에는 직접적인 결합이 없습니다.(본-오펜하이머 근사치를 넘어서는) 다른 관점은 슬라이딩이 전자가 한 물질에서 다른 [58]물질로 이동하도록 흥분시킬 수 있는 양자역학적 펌프 역할을 한다는 것입니다.다른 제안은 미끄러지는 동안 국소적인 [59]가열이 문제가 된다는 것입니다.[60] 이것은 1941년에 프렌켈에 의해 처음으로 제안된 아이디어입니다.다른 논문들은 나노 스케일에서 국부적인 굽힘이 굴곡 전기 [61][62]효과를 통해 전하 전달을 구동하는 데 도움이 되는 전압을 생성한다고 고려했습니다.표면 전하나 갇혀 있는 전하가 [63][64]중요하다는 의견도 있습니다.최근에는 완전한 고체 상태 [65][66][67][58]설명을 포함하려는 시도가 있었습니다.

설명 및 메커니즘

19세기[27][28][29] 말경에 시작된 초기 연구로부터 경험적으로 마찰전기를 유발하는 것에 대한 많은 양의 정보를 얻을 수 있습니다.마찰 전기에 대한 광범위한 실험 데이터가 있지만,[68][69] 공급원 또는 아마도 공급원에 대한 완전한 과학적 합의는 아직 없습니다.일부 측면은 확립되어 있으며 전체 그림의 일부가 될 것입니다.

  • 두 [49]재료 간의 일함수 차이.
  • 국부 곡률, 변형률 및 거칠기.[41][1][70]
  • 슬라이딩 시 사용되는 힘, 입자가 충돌할 때의 속도 및 크기.[3][56]
  • 물질들의 전자 구조, 및 두 접촉 물질들의 [37]결정학적 배향.
  • 표면 또는 인터페이스 상태,[37][49] 그리고 습도와 같은 환경적 요인.

트라이보전기계열

단순한 마찰전기 계열

마찰전기에 대한 경험적 접근법은 마찰전기 계열입니다.이 목록은 목록의 다른 재료에 비해 전하를 어떻게 발전시키는지에 따라 주문된 재료 목록입니다.Johan Carl Wilcke는 1757년 [24][25]논문에 첫 번째 것을 발표했습니다.이 시리즈는 Shaw와 Henniker에[71] 의해[1] 천연 고분자와 합성 고분자를 포함함으로써 확장되었으며 표면과 환경 조건에 따라 시퀀스에 변화를 포함했습니다.일부 [1][71]재료의 순서에 따라 목록이 다소 다릅니다.

Zhong Lin Wang 그룹은 물질의 마찰 전하 밀도를 측정하는 것을 기반으로 한 또 다른 마찰 전기 시리즈를 제안했습니다.실험된 물질의 마찰 전하 밀도는 온도, 압력 및 [72]습도가 고정된 명확한 조건에서 글로브 박스 내 액체 수은에 대해 측정되었습니다.

선형 접근법이 실제로 작동하지 않음을 보여주는 순환 마찰 전기 직렬 예제.

이 방법은 너무 간단하고 [37][49][73]신뢰할 수 없는 것으로 알려져 있습니다.물질 A는 B에 문지르면 양성, B는 C에 문지르면 양성, C는 A에 문지르면 양성 등 삼각형이 존재하는 경우가 많습니다.[29] 1914년 쇼가 언급한 문제입니다.이것은 선형 직렬로는 설명할 수 없고, 순환 직렬은 경험적 마찰 전기 [74]직렬과 일치하지 않습니다.또한, 동일한 [75][76][47]재료의 두 조각 사이의 접촉에 의해 충전이 발생하는 경우가 많습니다.이는 국부적인 휨(flexo electricity)[61][62][77]으로 인한 전기장의 결과로 모델링되었습니다.

업무기능차이

여기에 표시된 두 금속이 표시된 것과 같이 열역학적 평형에 있을 때(페르미 준위가 같음), 진공 정전기 전위 φ는 일함수의 차이로 인해 평탄하지 않습니다.

모든 물질에는 양의 원자핵에서 나오는 양의 정전기 전위가 존재하며,[36] 전자의 바다로 묘사될 수 있는 음의 정전기 전위에 의해 부분적으로 균형을 이룹니다.평균 전위는 양수이며, 이를 평균 내부 전위(MIP)라고 합니다.물질마다 원자의 종류와 얼마나 가까운지에 따라 MIP가 다릅니다.표면에서 전자는 또한 진공 속으로 조금 밖으로 쏟아져 나옵니다. Kohn and [36][78]Liang이 자세히 분석한 바와 같이 말이죠.이것은 표면에서 쌍극자로 이어집니다.쌍극자와 MIP를 결합하면 전자가 [36]일함수라고 불리는 물질을 남길 수 있는 잠재적 장벽이 생깁니다.

마찰전기계열의 합리화는 구성원마다 일함수가 다르기 때문에 전자가 일함수가 작은 물질에서 [37]큰 물질로 갈 수 있다는 것입니다.두 물질의 퍼텐셜 차이를 접촉 퍼텐셜이라고도 합니다.실험을 통해 금속 및 기타 [48]재료에 대한 중요성이 입증되었습니다.그러나 표면 쌍극자는 고체의[36][78] 표면마다 다르기 때문에 접촉 전위는 보편적인 매개변수가 아닙니다.그 자체로는 20세기 [42][43][41]초에 확립된 많은 결과를 설명할 수 없습니다.

전기기계기여금

고체가 변형될 때마다 전기장이 생성될 수 있습니다.하나의 과정은 선형 변형에 의한 것이며, 압전이라고 하며, 두 번째 과정은 거리에 따라 변형이 얼마나 빠르게 변화하는지에 따라 달라지며, 플렉소 일렉트릭이라고 합니다.둘 다 확립된 과학이며, 밀도 함수 이론 방법을 사용하여 측정하고 계산할 수 있습니다.굴곡 전기는 기울기에 따라 달라지기 때문에 [38]두 물체 사이의 미끄러짐이나 격렬함이 접촉하는 동안 나노 스케일에서 훨씬 더 커질 수 있습니다.

압전과 마찰전기의 [79][80]연결에 대한 많은 연구가 있어 왔습니다.중요할 수 있지만 압전은 반전 [36]대칭이 없는 소수의 물질에서만 발생하므로 일반적인 설명은 아닙니다.플렉소전기는 모든 절연체와 [81][82]반도체에서 발생하기 때문에 마찰전기에서 매우[61] 중요할 수 있다는 의견이 최근 제기되고 있습니다.곡률의 영향과 같은 실험 결과의 상당 부분이 이 접근법으로 설명될 수 있지만, 아직 전체 세부 사항이 [62]결정되지는 않았습니다.쇼와 [83]핸스탁의 초기 연구와 다니엘 부족 그룹의 연구도 있는데 그들은 긴장이 [84][85][70]중요하다는 것을 보여줍니다.

Alicki와 [58]Jenkins에 의해 다른 유형의 모델이 제안되었습니다.그들은 두 물질이 서로 미끄러질 때 그 두 물질의 전자들이 서로 다른 속도를 가지고 있고, 양자역학은 이러한 불균형이 한 물질에서 다른 [58]물질로 전자를 퍼올리게 한다는 것을 암시합니다.

축전기 충전 보상 모델

유전체가 포함된 축전기 도식

다양한 형태로 나타난 설명은 축전기의 전하와 유사합니다.일함수(접촉전위)의 차이로 인해 두 물질 사이에 전위차가 존재하는 경우, 이는 커패시터 전체의 전위차와 동등한 것으로 간주할 수 있습니다.이를 보상하기 위한 전하가 전기장을 상쇄하는 전하입니다.절연 유전체가 두 물질 사이에 있으면 편광 P{\이(가) 발생하고 ⋅ \의 표면 전하가 발생합니다. 서 n{\은(는) 표면 정규입니다.축전기의 총 전하량은 편광과 전위의 결합 표면 전하의 조합입니다.

이 보상 모델에서 나오는 마찰 전하는 종종 주요 [88][89][90][91]구성 요소로 고려되어 왔습니다.변형(압전) 또는 샘플의 굽힘(플렉소전기)으로 인한 추가 분극을 포함할[61][62] 경우, 곡률 또는 불균일 [77]충전의 영향과[41] 같은 관측치를 설명할 수 있습니다.

전자 및/또는 이온 전달

마찰전기에서 전자나 이온이 전달되는지에 대한 논쟁이 있습니다.예를[49] 들어 하퍼는 두 가지 가능성을 모두 논의하는 반면[37], 빅은 전자 전달에 더 찬성했습니다.예를 들어 조지 M과의 논쟁은 오늘날까지 계속되고 있습니다. 백인들은 [92]이온을 옹호하고 다른 사람들은 [93][94]전자를 지지합니다.

습도

일반적으로 습도(공기 중의 물)가 증가하면 마찰전기 [95]충전의 크기가 감소합니다.이 효과의 크기는 접촉하는 물질에 따라 크게 달라지는데, 충전량의 감소 폭은 최대 10배 이상에서 습도 [96]의존성이 거의 없습니다.일부 실험에서는 극도로 건조한 조건에 비해 적당한 습도에서 충전량이 증가한 후에 [97]습도가 높을수록 충전량이 감소하는 것으로 나타났습니다.습도가 높아지면 접촉 물질 표면에 더 많은 물이 흡착되어 표면 [98][99]전도도가 높아진다는 것이 가장 널리 알려진 설명입니다.전도도가 높을수록 접점이 분리됨에 따라 전하 재결합이 증가하여 [98][100][101]전하의 이동이 줄어듭니다.습도 영향에 대한 또 다른 제안된 설명은 건조한 상태에서 전하 이동이 습도에 따라 증가하는 것으로 관찰되는 경우를 고려합니다.습도가 높아지면 [97]접촉 물질 사이에 이온의 이동을 촉진하는 워터 브릿지가 형성될 수 있습니다.

예

마찰 대전으로 인한 마찰 및 부착

마찰력은 탄성 및 소성 변형, 포논 및 전자 여기, 접착력 등 [103]에너지 방출 과정이 다르기 때문에 지연되는 힘입니다[102].예를 들어, 자동차 또는 다른 차량에서는 휠이 구를 때 탄성 변형됩니다.이 변형에 필요한 에너지의 일부는 회수되고(탄성 변형), 일부는 회수되지 않고 타이어 가열에 들어갑니다.회복되지 않은 에너지는 롤링 마찰이라고 불리는 과정인 역력에 기여합니다.

롤링 마찰과 유사하게 전하 이동 중인 에너지 용어가 있으며, 이는 마찰의 원인이 됩니다.정적 마찰에서는 탄성 변형률, 분극 및 표면 전하 사이의 결합이 발생하여 [81]마찰력에 기여합니다.슬라이딩 [104]마찰의 경우, 아스페리티가[38] 접촉하여 전하 이동이 있을 때 일부 전하는 접촉이 해제되면서 되돌아오고, 일부 전하는 그렇지[105] 않으며, 거시적으로 관찰되는 마찰에 기여합니다.서로 다른 [106]전하를 가진 아스퍼티 사이의 쿨롱 힘이 지연되고 도마뱀붙이가 [107]물 위를 걸을 때 접촉 전기로 인한 부착력이 증가한다는 증거가 있습니다.전하 이동,[44] 전기 방전[108] 및 X선 [109]방출과 함께 슬라이딩하는 동안 육포(스틱-슬립) 공정이 서로 연결되어 있다는 증거도 있습니다.마찰에 대한 마찰전기의 기여가 얼마나 큰지가 논의되어 왔습니다.몇몇 사람들은[106] 그것이 중합체를 지배할 수도 있다고 제안한 반면[110], Harper는 그것이 작다고 주장했습니다.

액체 및 기체

슬라이딩 낙하에 의해 발생하는 마찰 전하의 예시

액체나 기체의 상대적인 운동으로부터 정전기의 발생은 잘 확립되어 있는데,[111] 1886년 켈빈 경이 그의 물방울에서 전기 발전기를 만들기 위해 낙하물을 사용한 최초의 분석들 중 하나입니다.액체 수은은 일반적으로 단순 금속 역할을 하기 때문에 특수한 경우이므로 기준 [2]전극으로 사용되어 왔습니다.더 일반적인 것은 물이며 물방울이 표면에 부딪히는 것으로 인한 전기는 1892년 필리핀 레나르에 의해 분무 전기화 또는 폭포 [112][113]효과가 발견된 이후로 기록되었습니다.낙하하는 물이 물방울 사이 또는 지면과 충돌하여 정전기를 발생시켜 상승 기류의 미세한 안개가 주로 음전하를 띠게 되며, 하부 표면 근처에서 양전하를 띠게 됩니다.슬라이딩 [114]낙하 시에도 발생할 수 있습니다.

이온을 포함한 물이 빠르게 응고되는 과정에서 또 다른 형태의 전하가 생성될 수 있는데, 이를 워크맨-레이놀즈 [115]효과라고 합니다.응고 과정에서 액체와 [116]고체 사이에 양이온과 음이온이 균등하게 분배되지 않을 수 있습니다.예를 들어, 뇌우에서는 (폭포 효과와 함께) 양의 수소 이온과 음의 수산화 이온의 분리에 기여하여 정전하와 번개를 일으킬 [117]수 있습니다.

세 번째 등급은 고체에 대한 일함수 차이와 유사하게 액체 또는 기체와 다른 물질 사이의 접촉 전위 차이와 관련이 있습니다.액체에 대한 마찰전기 계열이 [118]유용하다고 제안되었습니다.고체와의 한 가지 차이점은 종종 액체가 이중 층으로 대전되어 있다는 것이며,[120] 현재까지의 대부분의 연구는 1938년 어빙 랭무어가 처음 제안한 것처럼 액체에 대한[119] 이온 전달이 지배적이라는 것을 뒷받침합니다.

마지막으로 액체의 경우 인터페이스에 유량 구배가 있을 수 있으며 점도 구배도 있을 수 있습니다.이것들은 전기장과 또한 액체의 분극을 만들어낼 수 있는데, 전기 [121]유체역학이라고 불리는 분야입니다.이는 앞서 설명한 탄성 변형으로 인해 전기장이 발생할 수 있는 고체에 대한 전기 기계 용어와 유사합니다.

가루

상용 분말 가공 중 또는 먼지 폭풍과[3][122][123] [124][125][8]같은 자연 공정에서 마찰 전하 이동이 발생할 수 있습니다.적당한 바람 조건에서 최대 160kV/m의 전기장이 존재할 수 있으며,[126] 이는 중력과 거의 같은 크기의 쿨롱 힘으로 이어집니다.공기가 존재할 필요는 없으며, 예를 들어 공기가 없는 행성체에서는 [127]상당한 양의 충전이 발생할 수 있습니다.약제학적 분말 및 기타 상업적 분말의 경우 재료 및 용량의 품질 관리를 위해 트라이보차지를 제어해야 합니다.먼지 [128]폭발 위험이 있는 곡물 엘리베이터, 폭발성 [129]분말을 보관하는 장소 및 기타 많은 [130]경우에서 정전기 방전은 또한 특히 위험합니다.분체, 예를 들어 상이한 [131]생체 중합체를 분리하는 방법으로서 트라이보전기 분체 분리가 논의되어 왔습니다.여기서 원리는 분말의 [132]일반적인 개념인 정전기 분리에 대해 상이한 정도의 충전을 활용할 수 있다는 것입니다.

인더스트리에서

정전기 위험표지 (ISO 7010)

산업계에는 마찰전기가 문제가 되고 있다고 알려진 분야가 많습니다.예를 들어 다음과 같습니다.

  • 휘발유와 같은 가연성 액체 또는 연료를 운반하는 비전도성 파이프는 파이프 벽에 마찰 전하가 축적될 수 있으며,[133] 이로 인해 90kV에 달하는 전위가 발생할 수 있습니다.산업용 공기 수송 시스템은 사용 [134]중에 발생하는 마찰 전하로 인해 화재로 이어질 수 있습니다.
  • 선박에서는 하역 중 화물과 파이프라인의 접촉뿐만 아니라 청소기의 증기 배관과 워터제트의 유동이 위험한 [135]충전으로 이어질 수 있습니다.선원들에게 [136]위험성을 가르치는 코스들이 있습니다.
  • 미국 당국은 거의 모든 산업 시설에 미세먼지 배출 측정을 의무화하고 있습니다.마찰전기를 기반으로 한 다양한 센서가 사용되고 있으며, 1997년 미국 환경보호국은 마찰전기 원단-필터백 누출감지 [137]시스템에 대한 지침을 발표했습니다.상용 센서는 마찰 전기 먼지 [138]감지에 사용할 수 있습니다.
  • 가연성 화학물질로 채워진 상태에서 화학 탱크 근처의 레일을 닦으면 화학물질에 불이 붙는 불꽃이 발생할 수 있습니다.이것이 2017년 폭발의 원인이 되어 한 [139]명이 죽고 많은 사람들이 다쳤습니다.

기타 예시

윙렛 에어버스 A319-132의 정적 심지

고양이를 쓰다듬는 단순한 경우는 많은 사람들에게 친숙하지만, 현대 기술 문명에는 마찰 전기가 이용되거나 관심사가 되는 다른 분야도 있습니다.

  • 항공기를 통과하는 공기는 전하의 축적을 초래할 수 있습니다. 항공기는 일반적으로 항공기를 [140]제거하기 위한 하나 이상의 정적 심지를 가지고 있습니다.이것들의 상태를 확인하는 것은 [141]조종사들의 표준적인 업무입니다.마찬가지로 헬리콥터 블레이드도 빠르게 움직이며 마찰 충전을 통해 최대 200kV의 [142]전압을 생성할 수 있습니다.
  • 행성이 형성되는 동안 중요한 단계는 먼지나 더 작은 [9]입자들의 응집입니다.입상 물질의 충돌 시 마찰 대전이 [143]응집의 장벽을 극복하는 데 핵심적인 역할을 한다는 증거가 있습니다.
  • 1회용 의료용 보호복은 [144]중국에서 특정 마찰전기 충전 규정을 준수해야 합니다.
  • 우주 차량은 자폭 신호 전송과 같은 통신을 방해할 수 있는 상당한 마찰 전하를 축적할 수 있습니다.일부 발사는 마찰 충전이 [145]발생할 수 있는 기상 조건 때문에 지연되고 있습니다.
  • 마찰전기 나노 발전기는 기계적 에너지를 [146]전기로 변환하는 에너지 수확 장치입니다.
  • 의료용 케이블 조립체와 리드선 내 마찰음은 케이블이 이동하는 동안 전도사, 절연체 및 충전재가 서로 마찰할 때 발생합니다.마찰 전기 소음을 허용 수준으로 유지하려면 신중한 재료 선택, 설계 및 처리가 [147]필요합니다.또한 수중 전기음향 변환기의 경우 케이블의 굴곡 운동이 있을 경우 문제가 됩니다. 이 메커니즘은 [148]케이블의 유전체와 도체 사이의 상대 운동을 포함하는 것으로 여겨집니다.
2014년 러시아의 자동차 정전기 방지 벨트
  • 차량용 타이어는 카본 블랙이 추가되어 승객이 [149]하차할 때 충격을 받을 수 있는 원정 마찰 전하를 수행하는 데 도움이 되기 때문에 일반적으로 어둡습니다.구매 [150]가능한 방전 스트랩도 있습니다.

참고 항목

  • 정전기 발전기, 정전기를 발생시키는 기계
  • 정전기 유도, 전하 분리 및 기타 전하에 의한 분극
  • 전기장과 단위 셀의 부피 사이의 전기장, 커플링
  • 전기 유체역학, 전기장과 특성 사이의 액체 내 결합
  • 굴곡으로 인한 굴곡 전기, 편광 및 기타 변형률 구배
  • 나노트리볼로지, 마찰학(마찰, 윤활 및 마모 과정)의 나노 스케일에서의 과학
  • 압전, 선형변형률에 의한 분극
  • 분극밀도, 분극물리의 일반적인 설명
  • 정전기, 전하가 자주 발생하지만 항상 마찰전기로 인한 것은 아닙니다.
  • 마찰학, 마찰학, 윤활학, 마모학
  • 마찰 발광, 슬라이딩 또는 접촉과 관련된 빛
  • 일함수, 표면에서 전자를 제거하는 에너지

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