Die Unvorhersehbarkeit der elektrostatischen Aufladung

Abstract

Platons Timaeus, [1] geschrieben etwa 360 v. Chr., ist im Wesentlichen ein wissenschaftlicher Übersichtsartikel, der sich unter anderem mit Astronomie, der Zusammensetzung von Stoffen, Magnetismus und der elektrostatischen Aufladung beschäftigt. Das Verständnis dieser Themen war zu Platons Zeiten nur rudimentär, und die seitdem erzielten wissenschaftlichen Fortschritte sind gewaltig. Heute sind unsere Kenntnisse der Astronomie so gut, dass wir Menschen zum Mond und Raumschiffe zu anderen Planeten schicken kçnnen. Unsere umfassenden materialwissenschaftlichen Kenntnisse versetzten uns in die Lage, neuartige Materialien zu schaffen, die in der Natur nicht vorkommen und deren Eigenschaften auf unsere Bedürfnisse zugeschnitten sind. Daneben kçnnen wir unser Wissen über den Magnetismus in außergewçhnlicher Weise nutzen, z. B. um mithilfe von dreidimensionalen Bildern Krankheiten zu diagnostizieren, die im Inneren des menschlichen Kçrpers verborgen sind. Platon wäre von diesen Fortschritten beeindruckt! Anders sieht es mit dem Phänomen der elektrostatischen Aufladung aus -tatsächlich lässt sich behaupten, dass es auf diesem Gebiet seit Platons Zeiten keine merklichen Fortschritte gegeben hat. Eine Kontaktaufladung tritt auf, wenn zwei Materialien in Kontakt gebracht und anschließend getrennt werden; als Folge des Kontakts wird Ladung übertragen, sodass das eine Material positiv und das andere negativ geladen ist. Jedem ist dieser Effekt geläufig -sogar Kindern, die damit experimentiert haben, einen Ballon an ihren Haaren zu reiben, und erleben, dass Ballon und Haare stark aufgeladen werden. Aber welches Material lädt sich positiv und welches negativ auf ? Trotz aller Fortschritte, die die Wissenschaft über die Jahrtausende seit Platons Zeit gemacht hat, gibt es noch keine wirkliche Antwort auf diese einfache Frage. [2] Wissenschaftler haben jahrhundertelang an der Frage gearbeitet, wie vorhergesagt werden kçnnte, welche Oberfläche sich bei Berührung zweier Oberflächen positiv und welche sich negativ auflädt: Das Beste, was ihnen hierzu einfiel, ist eine empirische "triboelektrische Reihe". Diese Reihe ordnet Materialien in der Weise an, dass die jeweilige Position zweier beliebiger Materialien die Richtung der Ladungsübertragung bestimmt, wenn diese Materialien in Kontakt kommen. Betrachten wir z. B. einen Ausschnitt der triboelektrischen Reihe:Nach dieser Abfolge ist zu erwarten, dass sich Polystyrol nach Kontakt mit Teflon positiv auflädt, aber negativ, wenn es mit Wolle oder Nylon in Berührung kommt. Entsprechend lädt sich Wolle erwartungsgemäß positiv auf, wenn sie mit Polystyrol oder Teflon in Kontakt kommt, jedoch negativ nach Kontakt mit Nylon. Die triboelektrische Reihe beruht auf experimentellen Beobachtungen -Versuche, sie mit irgendwelchen Materialeigenschaften in Bezug zu bringen, waren nur begrenzt erfolgreich.Es ist lange bekannt, dass die triboelektrische Reihe Schwachstellen aufweist. [3] Die Reihenfolge ist nicht immer reproduzierbar, sodass in verschiedenen Untersuchungen verschiedene Reihenfolgen beo...