Основной механизм: электризация трением
Явление объясняется статическим электричеством — накоплением электрического заряда на поверхности тел. При трении шарика о волосы происходит электризация, то есть перераспределение электронов между двумя материалами.
Физический механизм электризации
Атомы внутри материала окружены соседями со всех сторон и крепко удерживают электроны. Атомы на поверхности контактируют только с одной стороны, поэтому их электроны слабее связаны. Из-за этого их электроны легче «отрываются» при трении
Внешние слои разных материалов обладают разной способностью удерживать электроны . При трении электроны переходят к материалу, атомы которого способны сильнее удерживать электроны на внешних оболочках и такой материал заряжается отрицательно, а другой материал наоборот теряет электроны и заряжается положительно.
Поэтому зарядить материалы трением можно только разнородные материалы.
И трением, например, дерева о дерево электризации не добиться , а можно только разогреть материалы. Как древние люди разжигали костры.
Способность материала «забирать» электроны определяется его положением в трибоэлектрическом ряду — списке веществ, упорядоченном по склонности к электризации.
Легко отдают электроны (заряжаются +): волосы, кожа, шерсть, нейлон, хлопок.
Легко принимают электроны (заряжаются –): резина, латекс, ПВХ, стекло, шёлк.
Поскольку резина сильнее удерживает электроны, она «перетягивает» электроны с волос.
Какие эффекты мы наблюдаем
После электризации возникают характерные явления:
- Притяжение волос к шарику. Разноимённо заряженные объекты (положительно заряженные волосы и отрицательно заряженный шарик) притягиваются друг к другу — волосы «встают дыбом».
- Прилипание шарика к поверхностям. Заряженный шарик может прилипать к нейтральным предметам (стене, потолку). Это происходит из -за электростатической индукции: заряд шарика перераспределяет заряды в предмете, создавая зону противоположного заряда на ближайшей поверхности.
- Искры или лёгкие щелчки. При очень сильном заряде возможен пробой воздуха — кратковременное протекание тока в виде маленькой искры.
Факторы, усиливающие электризацию
- Сухость. В сухом воздухе заряд накапливается лучше (влажный воздух «снимает» его).
- Интенсивность трения. Чем сильнее и дольше трение, тем больше электронов переходит.
- Материал шарика. Резина, латекс или ПВХ электризуются сильнее, чем, например, шёлк.
- Состояние волос. Сухие и чистые волосы электризуются легче, чем влажные или покрытые средствами ухода.
Краткий итог: шарик электризуется из-за перехода электронов между ним и волосами при трении. Это создаёт разноимённые заряды, которые вызывают притяжение — знакомый эффект «магнитного» шарика и «стоящих дыбом» волос.