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摩擦起电的原理


摩擦起电的原理
图片来源:摘自《观念物理5》

我们都很熟悉摩擦生电的效应。抚摸猫的毛髮时,我们会听到礔啪的火花声,在不很明亮的房间对镜梳头时,我们会听见也看见电的火花。穿着皮鞋在地毯上拖行后,手碰到金属门把时会感到一阵刺痛。在车子内挪动身体、滑过塑胶椅垫,也同样会使我们充电。这种种情形都是一种物质和另一种物质擦摩,以致电子产生转移的现象。

电子可以经由简单的触碰而自一样物体传到另一物体上。当一支带电的棒子碰到中性的物体时,部分电荷就会传送过去,这种充电的方式就叫做接触充电。如果该物体是良导体,那幺电荷传过去之后就立刻在其表面分散至各部分,这是因为同性的电荷互相排斥的关係。如果该物体是件不良导体,那就需要带电的棒子在物体的不同部位碰触,才能让电荷分布得比较均匀。

如果我们把一个带电的物体移近导体的表面,不做任何实际的接触,那导体的电子也会在导体表面移动。如图所示有两个金属球A和B。我们来看图中(a)(b)(c)(d)的四个过程。

在(a)的部分,两个不带电的球表面接触。(b)显示一支带有负电荷的棒子接近A球旁边,A球的电子被棒子的负电荷驱赶,于是有过量的负电荷移往B球,使A球留下过量的正电荷,造成两个球中的电荷被重新分布,我们称之为这两个球产生了感应电荷。在(c)的过程里,棒子仍然在旁边时,我们将A球和B球分离。(d)的过程是棒子被挪走之后,两个球变成带同量而异性的电荷。它们都是因感应而充电的。那带电的棒子一直都没有碰到球,所以仍然保留了原来的电荷。

摩擦起电的原理

单独一个球,当球中的电荷被感应分离时,如果用手指碰它,也会同样使球充电。我们看图中一个金属球以绝缘的绳子悬挂着的几个过程。(a)的金属球中,净电荷为零。(b)显示一根带电的棒子使球中的电荷因感应而重新分布,可是净电荷仍然是零。(c)显示用手指碰球而将电子移走。于是造成(d)中的球变为带正电荷。此时带正电的球被带负电的棒子吸引过去,如(e)所示,以致球与棒子接触;最后棒子上的电子传送到球中,又使球充上负电荷。(f)表示带负电荷的球又被带负电荷的棒子排斥而推开。

摩擦起电的原理

当我们以手指碰球时,如上图所示,负电荷经过导电体到达一个无限大的电子库(地下)中。我们碰触一个导体而使它的电荷消失,这通常叫做「接地」。

【书籍资讯】
《观念物理5》
摩擦起电的原理

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