閱讀:0       作者:嚴長生

摩擦起電和靜電

幾個世紀前,人們發現某些材料相互摩擦以后會相互吸引,例如:
  • 絲綢和玻璃摩擦后會相互吸引;
  • 石蠟和羊毛布摩擦后也會相互吸引。

但是,也有一些材料在摩擦以后會相互排斥,例如:
  • 在絲綢上摩擦后的兩塊玻璃會相互排斥;
  • 在羊毛布上摩擦后的兩塊石蠟也會相互排斥。

被摩擦后的物體在形狀上雖然沒有發生改變,但是它們之間卻會相互吸引或者相互排斥,對于這種現象,人們推測,物體在摩擦過程中有一種看不見的“流體”從一個物體轉移到了另一個物體。

本杰明·富蘭克林(Benjamin Franklin)認為,摩擦的物體之間只有一種“流體”進行轉移,物體之間之所以會相互吸引或相互排斥,是因為物體本身的“流體”過量或不足。例如,石蠟和羊毛布摩擦以后,羊毛布從石蠟身上奪走了一些“流體”,導致羊毛布上的“流體”比石蠟上的多。在它們的“流體”含量出現了差異后,這些“流體”又想獲得原有的平衡,所以它們之間就產生了吸引力。

石蠟失去了一些“流體”,導致流體不足,所以富蘭克林稱它的流體是“負”的;羊毛得到了一些“流體”,導致流體過量,所以富蘭克林稱它的流體是“正”的。

后來人們知道,摩擦使得兩種物體帶了不同的電荷(Charge)才會相互吸引的。為了尊重先驅富蘭克林,人們將石蠟所帶的電荷稱為負電荷(Negative charge),將羊毛布所帶的電荷稱為正電荷(Positive charge)

近代物理學表明,所有的物質都由原子(Atom)組成,原子又是由原子核(Nucleus)電子(Electron)組成,電子帶負電,原子核帶正電,它們相互抵消,所以原子整體上不帶電。下節我們將會詳細講解原子核的結構。

富蘭克林所說的“流體”轉移,其實就是電子轉移。當相互摩擦以后,電子會脫離原子,從一種材料轉移到另一種材料上,使得兩種材料的帶電不平衡,得到電子的材料裸露出負電荷,失去電子的材料裸露出正電荷,異種電荷相互吸引,所以兩種材料才會相互吸引,這就是摩擦起電的本質。

靜電

物體之間“流體”(電子)不平衡的結果稱為“靜電(Static electricity)”。之所以被稱為“靜”的,是因為電子從一種絕緣材料轉移到另一種絕緣材料后傾向于保持靜止。換句話說,靜電是指處于靜止狀態的電荷。

一般情況下,靜電會給人們帶來麻煩,所以要盡量防止。例如:
  • 靜電會引起火藥自然,所以要向火藥中添加石墨;
  • 靜電會破壞半導體電路,所以不要用指尖觸摸電路板。

但是,靜電有時候也有用武之地,例如靜電復印、靜電空氣過濾器、高電壓范德格拉夫發電機等。
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