Простой карандаш пишет без чернил: достаточно провести его кончиком по листу, и на поверхности появится тёмная линия. След возникает не из-за окрашивания бумаги жидкостью, а благодаря переносу мельчайших частиц графита. Разобраться в этом помогает строение стержня, трение и особенности бумажных волокон.
Из чего сделан стержень простого карандаша
Внутри деревянного карандаша находится не свинец, хотя по-английски стержень по привычке называют lead. Основные компоненты обычного графитового стержня — графит и глина. Их соотношение влияет на твёрдость, насыщенность линии и то, насколько быстро стачивается кончик.
Графит представляет собой форму углерода со слоистым строением. Атомы углерода прочно связаны внутри каждого слоя, но соседние слои могут сравнительно легко смещаться относительно друг друга. Именно это свойство позволяет карандашу писать без чернил.
Почему на бумаге остаётся тёмная линия
Поверхность листа кажется гладкой, однако под увеличением заметны переплетённые целлюлозные волокна и микроскопические неровности. Когда кончик движется по бумаге, возникает трение: небольшие частицы графита отделяются от стержня и удерживаются на волокнах. В результате образуется видимый серый или почти чёрный след.
В исследовании, опубликованном в ACS Omega, учёные изучали перенос графита на бумагу при скольжении карандаша. Они показали, что шероховатость поверхности и повторное проведение линии влияют на количество осевшего материала. Поэтому один и тот же карандаш может оставлять разные следы на гладком и более грубом листе.
Что означают буквы H, B и HB
Маркировка H указывает на более твёрдый стержень, а B — на более мягкий и обычно более тёмный. HB занимает промежуточное положение и подходит для повседневных записей. Чем выше число перед H или B, тем сильнее выражено соответствующее свойство внутри одной системы маркировки.
В общем случае увеличение доли глины делает стержень твёрже и помогает получать более светлые линии. Более высокая доля графита позволяет мягкому карандашу оставлять насыщенный след. Однако интенсивность штриха зависит также от силы нажима, структуры бумаги и производителя карандаша.
Почему мягкий карандаш быстрее стачивается
У мягких графитовых стержней материал легче переносится на поверхность листа. За одинаковое число штрихов такой карандаш нередко расходует больше графита, чем твёрдый. Поэтому для тонких технических линий выбирают более твёрдые марки, а для глубоких теней в рисунке — мягкие.
Слишком сильный нажим не обязательно улучшает качество линии. Он может продавить бумагу, оставить бороздку и затруднить исправление рисунка. Чтобы сделать штрих темнее, часто удобнее использовать подходящую марку карандаша и постепенно накладывать несколько слоёв.
Как ластик удаляет графит с бумаги
Ластик не растворяет карандашный след, как растворитель. При трении его материал захватывает частицы графита и отделяет их от волокон бумаги. Часть загрязнений собирается в мелкие крошки, которые можно осторожно убрать с листа.
Если графит сильно вдавлен в поверхность или бумага имеет выраженную фактуру, полностью стереть линию труднее. Повторное интенсивное трение может повредить волокна. Поэтому при работе с тонкой бумагой лучше действовать без чрезмерного нажима.
Можно ли провести электричество по карандашной линии
Графит проводит электрический ток, и это свойство используют не только в школьных опытах. Исследователи создают графитовые дорожки на бумаге и изучают их как основу простых гибких датчиков и электродов. Электрическое сопротивление таких дорожек зависит от марки карандаша, толщины слоя и свойств бумаги.
Это не означает, что любой карандашный штрих заменит металлический провод. Контакт между частицами графита может быть неоднородным, а сопротивление заметно выше, чем у обычной металлической дорожки. Однако пример показывает, что привычный инструмент для письма интересен и с точки зрения материаловедения.
Объяснение строения карандаша и работы ластика приведено в материалах Американского химического общества. Перенос графита на бумагу и влияние шероховатости описаны в научной работе ACS Omega.