靜電現象

靜電現象

靜電現象,各種物質的原子核對電子的束縛能力不同,因而物質得失電子的本領也不同,這就造成了摩擦起電等各種帶電現象。 優點為得失電子的本領也不同。

基本信息

簡介

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在日常生活中,我們用梳子在理頭髮的時候,常常會發現毛髮在高壓靜電場力的作用下形成射線狀。我們在每天夜晚脫衣服的時候,也常常會發現一種閃光效應和劈了啪啦的閃光聲響。有時,我們在觸摸“貓或狗”的皮毛時,你會受到微量的“電擊”。還有,你用梳子理一下你的頭髮,你就可以將碎紙屑吸引起來,這就是我們常說的“電”現象。有很多種物體在運動中,都可生成兩邊的端點帶有正負電荷的電場效應,當電荷量聚集達到數萬伏的高壓時,它就會向四周的其它物體產生電荷放電,這就是物體的摩擦起電狀態。
靜電現象包括許多大自然例子,像塑膠袋與手之間的吸引、似乎是自發性的穀倉爆炸、在製造過程中電子元件的損毀、影印機的運作原理等等。當一個物體的表面接觸到其它表面時,電荷集結於這物體表面成為靜電。雖然電荷交換是因為兩個表面的接觸和分開而產生的,只有當其中一個表面的電阻很高時,電流變的很小,電荷交換的效應才會被注意到。因為,電荷會被入陷於那表面,在那裡度過很長一段時間,足夠讓這效應被觀察到的一段時間。
在公元前六世紀,人類就發現琥珀摩擦後,能夠吸引輕小物體的“靜電現象”。這是自由電荷在物體之間轉移後,所呈現的電性。此外絲綢或毛料摩擦時,產生的小火花,是電荷中和的效果。“雷電”則是大自然中,因為雲層累積的正負電荷劇烈中和,所產生的電光、雷聲、熱量。

產生原因

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任何物質都是由原子組合而成,而原子的基本結構為質子、中子及電子。科學家們將質子定義為正電,中子不帶電,電子帶負電。在正常狀況下,一個原子的質子數與電子數量相同,正負電平衡,所以對外表現出不帶電的現象。但是由於外界作用如摩擦或以各種能量(如動能、位能、熱能、化學能等)的形式作用會使原子的正負電不平衡。在日常生活中所說的摩擦實質上就是一種不斷接觸與分離的過程。有些情況下不摩擦也能產生靜電,如感應靜電起電,熱電和壓電起電、亥姆霍茲層、噴射起電等。任何兩個不同材質的物體只要接觸後分離就能產生靜電,流動的空氣當然能產生靜電。為什麼流動空氣會產生靜電呢?因為空氣也是由原子組合而成,所以可以這么說,在人們生活的任何時間、任何地點都有可能產生靜電。要完全消除靜電幾乎不可能,但可以採取一些措施控制靜電使其不產生危害。

發現歷史

早在公元前585年,古希臘哲學家塞利斯,已經發現了摩擦過的琥珀能吸引碎草等輕小物體。我國東漢時期的王充在《論衡》一書中提到"頓牟掇芥"等問題,所謂頓牟就是琥珀,掇芥意即吸引籽菜,就是說摩擦琥珀能吸引輕小物體。西漢末年,有關於"玳瑁吸(細小物體之意)的記載,以及"元始中(公元三年)……矛端生火",即金屬制的矛的尖端放電的記載。晉朝(公元三世紀)還有關於摩擦起電引起放電現象的記載:"今人梳頭,解著衣,有隨梳解結,有光者,亦有聲。

發現歷程

人物在對電現象的早期研究中,最早進行系統研究的首推英國醫生威廉.吉爾伯特
1660年
馬德堡的蓋利克發明了第一台摩擦起電機,他用硫磺製成形如地球儀的可轉動物體,用乾燥的手掌擦著乾燥的球體使之停止可獲得電,蓋利克的摩擦起電機經過不斷改進,在靜電實驗中起著非常重要的作用。
1731年
英國牧師格雷從實驗中發現,由摩擦產生的電在玻璃和絲綢這類物體上可以保持下來而不流動,而有的物體如金屬,它們不能由摩擦而產生電,但卻可以用金屬絲把房裡摩擦產生的電引出來繞花園一周,在末端仍具有對輕小物體的吸引作用,他第一次分清了導體和絕緣體,並認為電是一種流體。
1745年
德國牧師克茉斯脫,試用一根釘子把電引到瓶子裡去,當他一手握瓶,一手摸釘子時,受到了明顯的電擊。1746年,荷蘭萊頓城萊頓大學的教授彼得.馮.慕欣布羅克無意中發現了同樣的現象。
穆欣布羅克的發現,使電學史上第一個保存電荷的容器誕生了。它是一個玻璃瓶,瓶里瓶外分別貼有錫箔,瓶里的錫箔通過金屬鏈跟金屬棒連線,金屬棒的上端是一個金屬球。由於它是在萊頓城發明的,所以叫做萊頓瓶,這就是最初的電容器。萊頓瓶很快在歐洲引起了強烈的反響,電學家們不僅利用它們作了大量的實驗,而且做了大量的示範表演,有人用它來點燃酒精和火藥。其中最壯觀的是法國人諾萊特在巴黎一座大教堂前所作的表演,諾萊特邀請了路易十五的皇室成員臨場觀看萊頓瓶的表演,他讓七百名修道士手拉手排成一行,隊伍全長達900英尺(約275米)。然後,諾萊特讓排頭的修道士用手握住萊頓瓶,讓排尾的握瓶的引線,一瞬間,七百名修道士,因受電擊幾乎同時跳起來,在場的人無不為之口瞪目呆,諾萊特以令人信服的證據向人們展示了電的巨大威力。
1746年
英國倫敦一名叫柯林森的物理學家,通過郵寄向美國費城的班傑明.富蘭克林贈送了一隻萊頓瓶,並在信中向他介紹了使用方法,這直導致了1752年富蘭克林著名的費城實驗。他用風箏將"天電"引了下來,把天電收集到萊頓瓶中,從而弄明白了"天電"和"地電"原來是一回事。
十八世紀後期,貝內特發明驗電器,這種儀器一直沿用至今,它可以近似地測量一個物體上所帶的電量。另外,1785年,庫侖發明扭秤,用它來測量靜電力,推導出庫侖定律,並將這一定律推廣到磁力測量上。科學家使用了驗電器和扭秤後,使靜電現象的研究工作從定性走上了定量的道路。

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