Untersuchungen zur - OPUS - Universität Würzburg

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2.3.2 Elektrostatische Kräfte
THEORIE UND STAND DER FORSCHUNG
Elektrostatische Anziehungskräfte resultieren aus gegenpoligen elektrischen Ladungen zweier
Teilchen. Diese Ladungen entstehen einers eits durch Übertritt von Elektronen bei
Partikelkontakt (Kontaktpotenzial ), können aber auch bei schwach leitf ähigen Partikeln als
Überschussladung aufgrund ihrer Vorgeschichte vorhanden sein [14,23,24].
Das Kontaktpotenzial ist von St off- und Oberflächeneigenschaften der Partikel abhängig. Bei
elektrischen Leitern ist es st ets größer als bei Isolatoren, da sich die Ladungen hier im
Kontaktbereich konzentrieren. Ursache für di e Entstehung eines Kont aktpotenzials ist die
unterschiedliche Elektronenaustrittsarbeit zweier Festkörper. Die Elektronen wandern bis zum
Erreichen eines Gleichg ewichtszustands vom Körper m it der kleineren
Elektronenaustrittsarbeit in den Körper m it der größeren Elektronenaus trittsarbeit, welcher
sich dann negativ auflädt. Hierbei entstehen Potenzialdifferenzen von U = 0,1 - 0,7 V.
Überschussladungen treten insbesondere bei Ni chtleitern infolge von Reibung, Zerkleinerung
oder Elektronen-Adsorption auf. Die maximale Ladungsdichte beträgt �max = ca. 100 e/µm 2 .
Die Anziehungskraft zwischen zw ei gegenpoli gen Teilchen kann nach dem Coul ombschen
Gesetz berechnet werden. Voraussetzung für de ssen Gültigkeit ist jedoch eine gleichverteilte
Oberflächenladung auf der Fe stkörperoberfläche. In Tab. 2.2 sind die Haftkraftbeziehungen
für die Mod ellfälle Platte/Platte, Kugel/Platte und Kugel/Kugel zusam mengestellt, wobei �r
die relative Dielektrizitätskons tante des Medium s zwischen de n Haftpartnern (im Vakuum:
� = 0), �0 die Influenzkonstante (�0 = 8,855�10 -12 As/Vm), U das Kontaktpotenzial, und �1, �2
die Flächenladung (�max = 100 e/µm 2 , wobei 1 e = 1,6�10 -19 As) bezeichnen.
Aus Gl. 2.19 bis Gl. 2.24 wird ersich tlich, das s di e Abstandsabhängigkeit bei
elektrostatischen Haftkräften viel geringer ist als bei van-der-Waals-Kräften (vgl. Tab. 2.1).
Daraus resu ltiert die wesentlich g rößere Reich weite und Dom inanz e lektrostatischer Kräf te
bei größeren Haftabständen im Vergleich zu van-der-Waals-Kräften (vgl. Abb. 2.5).