静电是怎么产生的?美媒:粗糙面摩擦会产生惊人电荷差

                      2019-12-29 06:36:01 参考消息网

                      参考消息网12月29日报道 静电是怎么产生的?美国趣味科学网站12月22日刊登相关报道。文章摘编如下:

                      如果你脚穿毛袜走过地毯,你触碰的下一个门把手很可能意外“电”你一下。静电实在太常见了,所以我们常常忘记这种现象其实很反常。

                      但你被“电”的时候究竟发生了什么?

                      公元前6世纪,古希腊哲学家、数学家泰勒斯最早描述了静电现象。但直到最近几十年,科学界仍然很难解释静电的基本原理。不过,研究纳米世界的科学家们刚刚迈出重要一步,有望理解为什么两个表面相互摩擦就能放电。

                      无论物体表面看起来有多光滑,只要你放大足够的倍数,就会看到许多凹陷。科学家称这种不平整的现象为“粗糙性”。从气球到羊毛、头发等纤维,所有物体表面都存在微小的糙面。美国西北大学材料科学与工程学博士研究生克里斯托弗·米齐介绍说,正是上述特性产生了静电。

                      在美国《物理评论快报》9月号一篇文章中,米齐及其科研小组把日常事物上的微小糙面比作地球表面。米齐指出,如果从很远的地方眺望地球,你会觉得这颗行星“看似非常光滑,如同一个完美的球体”。但我们知道真正的地球并不光滑,但你必须靠近才能发现这一点。只有“放大到足够倍数时,你才会注意到山脉”。同理,如果不近距离观察,你熟悉的很多物体会显得很光滑。

                      当两个物体的表面互相摩擦时,两者的糙面会相互剐蹭,发生摩擦。科学家很早就知道,摩擦与静电的产生有关。

                      在最新研究中,米齐及其研究小组证明糙面在制造摩擦的同时,也制造了惊人的电荷差。

                      静电的特殊之处在于,对电有抵抗性的材料,即绝缘体,反而最容易产生静电。橡胶和毛发都属于绝缘体。当电以电流的形式存在时,比如让手机、电灯及其他各种电子产品正常工作时,电子会在铜线等导电材料的原子间流动。但绝缘体的原子不让电子自由移动,能够抑制电流。

                      米齐及其科研小组发现,当绝缘体的糙面相互摩擦并干扰原子外围的电子云时,静电就会产生。由于绝缘体内的电子无法自由移动,所以摩擦会导致电子云变形。

                      在绝缘材料里,原子外围的电子云通常均匀分布。米齐介绍说,这些电子云“很难分清上下左右”。

                      但如果电子云受到挤压,就会变形,失去均匀的形状。米齐解释说,如果条件合适,新形状的电子云就会在物体各处产生不均匀的电压。

                      这种电压变化虽然微小,但可以积累。由于物体表面的微小糙面数量庞大,难以计数,所以挤压电子云会积累大量静电,甚至足以在你触碰门把手或者与他人握手时,让你感觉到静电的存在。(编译/刘子彦)