Lading vormt vlekkenpatroon op ballon en haar

Het proefje is overbekend. Wrijf een ballon over je haren en zie: je haren gaan overeind staan. Als je de ballon boven je hoofd houdt, rijzen je haren zelfs helemaal te berge.

De verklaring voor dat effect is al even klassiek. Maar: onjuist. Dat schrijft een team van Amerikaanse fysici deze week (Science express, online publicatie, 23 juni). Zij laten zien dat het effect anders werkt dan bijna iedereen tot dusver dacht.

Het zogeheten tribo-elektrisch effect treedt op na contact tussen twee di-elektrische materialen. Dat zijn materialen die elektrische stroom slecht geleiden. Juist daardoor kan lading op hun oppervlak blijven ‘rondhangen’. Thales van Milete ontdekte iets dergelijks al rond 600 voor Chr. toen hij een stukje amber opwreef met een pluk wol – de term ‘elektriciteit’ zou zelfs te danken zijn aan het Griekse woord voor amber: ‘elektron’. En hoewel het fenomeen vaak hinderlijk is (elektrisch geladen oppervlakken trekken stof aan, ontlading via een vonk kan vervelend en in sommige omgevingen zelfs gevaarlijk zijn) wordt het soms juist gebruikt: in laserprinters en fotokopieermachines bijvoorbeeld.

Maar wat gebeurt er? De klassieke verklaring is dat elektrische lading overspringt tussen bijvoorbeeld haren en ballon. Negatief geladen deeltjes (elektronen) verdelen zich dan gelijkmatig over het ballonoppervlak, en laten de haren licht positief geladen achter. Omdat positieve ladingen elkaar afstoten, gaan zulke haren daarna als vanzelf overeind staan, terwijl de aantrekkingskracht van de negatief geladen ballon nog een handje helpt.

Maar zo werkt het dus niet, laten de fysici zien. Netto is wél sprake van een overschot aan negatieve of juist positieve lading. Maar die lading is níet gelijkmatig verdeeld over de oppervlakken. Gedetailleerde metingen laten een vlekkenpatroon zien waarin minuscule positief en negatief geladen gebiedjes elkaar afwisselen. Het patroon heeft bij de onderzochte materialen (verschillende plastics) steeds eenzelfde fractal-achtig uiterlijk.

De fysici denken dat tijdens het wrijven soms wat materiaal wordt uitgewisseld. Ook vermoeden zij het ontstaan van chemische bindingen die snel weer verbreken. En van chemische veranderingen. Samen zou dat in een ingewikkeld proces tot de rommelige herschikking van elektrische lading leiden.

Margriet van der Heijden