Kontaktelektrifizierung
Dynamik der Kontaktelektrifizierung
Kontaktelektrifizierung und Reibungselektrizität sind allgegenwärtige Phänomene, die uns auch im täglichen Leben häufig begegnen, z.B. wenn man einen Türgriff berührt und einen leichten elektrischen Schlag bekommt. Überraschenderweise sind die zugrundeliegenden Prozesse noch immer nicht vollständig verstanden.
In unserer Gruppe haben wir eine neue experimentelle Technik ausgearbeitet, die es ermöglicht den Ladungstransfer zwischen zwei Objekten, die in Kontakt kommen, präzise zu analysieren. Grundlage dafür sind neu entwickelte elektronische Verstärker, die es erlauben sehr kleine Ladungen auf einer Zeitskala von Mikrosekunden zu messen. Zur Analyse der Kontaktelektrifizierung werden in dem Experiment kleine Kugeln mit einem Durchmesser von einem Millimeter aus einer Höhe von ein paar Zentimetern auf eine Platte fallen gelassen, so dass sie mehrfach aufspringen. Wenn man dabei die induzierte elektrisch Ladung misst, kann man genau bestimmen, welche Ladungen bei der Berührung übertragen werden.
Das Foto zeigt das Innere des experimentellen Aufbaus. Auf der linken Seite sieht man das Rad, das dazu benutzt wird, die Kugeln an den Ausgangspunkt einer in dem Bild verdeckten Kugelbahn zu bringen. Die Kugeln fallen dann durch ein kleines Loch in einen Plattenkondensator und springen dann mehrfach auf der unteren Platte. Diese ist mit einem elektronischen Verstärker verbunden, der es erlaubt, die kleine in der Platte induzierte Ladung zu messen.
Das Video zeigt mit der roten Kurve stark verlangsamt den zeitlichen Verlauf des Messsignals. Daraus lässt die blau dargestellte, geometrische Flugbahn berechnen. Zwischen aufeinanderfolgenden Kontakten bleibt das Verhältnis der beiden Größen konstant, es ist bis auf eine durch die Geometrie bestimme Konstante durch die elektrische Ladung auf der Kugel gegeben.
Veröffentlichung im Mai 2021 in der Zeitschrift Science Advances: Dynamics of contact electrification Mirco Kaponig, Andre Mölleken, Hermann Nienhaus und Rolf Möller
Vortrag gehalten beim jährlichen Treffen der Electrostatics Society of America 14.-16. Juni 2021:
Artikel im Juni 2021 bei physicsworld : Contact electrification explained at last