靜電

所謂靜電，就是一種處于靜止?fàn)顟B(tài)的電荷或者說(shuō)不流動(dòng)的電荷（流動(dòng)的電荷就形成了電流）。當(dāng)電荷聚集在某個(gè)物體上或表面時(shí)就形成了靜電，而電荷分為正電荷和負(fù)電荷兩種，也就是說(shuō)靜電現(xiàn)象也分為兩種即正靜電和負(fù)靜電。當(dāng)正電荷聚集在某個(gè)物體上時(shí)就形成了正靜電，當(dāng)負(fù)電荷聚集在某個(gè)物體上時(shí)就形成了負(fù)靜電，但無(wú)論是正靜電還是負(fù)靜電，當(dāng)帶靜電物體接觸零電位物體（接地物體）或與其有電位差的物體時(shí)都會(huì)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，就是我們?nèi)粘Ｒ?jiàn)到火花放電現(xiàn)象。例如北方冬天天氣干燥，人體容易帶上靜電，當(dāng)接觸他人或金屬導(dǎo)電體時(shí)就會(huì)出現(xiàn)放電現(xiàn)象。人會(huì)有觸電的針刺感，夜間能看到火花，這是化纖衣物與人體摩擦人體帶上正靜電的原因。（有基本物理知識(shí)我們就知道橡膠棒與毛皮摩擦，橡膠棒帶負(fù)電，毛皮帶正電）。

靜電并不是靜止的電，是宏觀上暫時(shí)停留在某處的電。人在地毯或沙發(fā)上立起時(shí)，人體電壓也可高1萬(wàn)多伏，而橡膠和塑料薄膜行業(yè)的靜電更是可高達(dá)10多萬(wàn)伏。

物質(zhì)都是由分子構(gòu)成，分子是由原子構(gòu)成，原子由帶負(fù)電荷的電子和帶正電荷的質(zhì)子構(gòu)成。在正常狀況下，一個(gè)原子的質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)量相同，正負(fù)平衡，所以對(duì)外表現(xiàn)出不帶電的現(xiàn)象。但是電子環(huán)繞于原子核周圍，一經(jīng)外力即脫離軌道，離開(kāi)原來(lái)的原子A而侵入其他的原子B，A原子因減少電子數(shù)而帶有正電現(xiàn)象，稱為陽(yáng)離子;B原子因增加電子數(shù)而呈帶負(fù)電現(xiàn)象，稱為陰離子。造成不平衡電子分布的原因即是電子受外力而脫離軌道，這個(gè)外力包含各種能量(如動(dòng)能、位能、熱能、化學(xué)能等)在日常生活中，任何兩個(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電。當(dāng)兩個(gè)不同的物體相互接觸時(shí)就會(huì)使得一個(gè)物體失去一些電荷如電子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體使其帶正電，而另一個(gè)物體得到一些剩余電子的物體而帶負(fù)電。 若在分離的過(guò)程中電荷難以中和，電荷就會(huì)積累使物體帶上靜電。所以物體與其它物體接觸后分離就會(huì)帶上靜電。通常在從一個(gè)物體上剝離一張塑料薄膜時(shí)就是一種典型的“接觸分離”起電，在日常生活中脫衣服產(chǎn)生的靜電也是“接觸分離”起電。固體、液體甚至氣體都會(huì)因接觸分離而帶上靜電。這是因?yàn)闅怏w也是由分子、原子組成，當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)分子、原子也會(huì)發(fā)生“接觸分離”而起電。我們都知道摩擦起電而很少聽(tīng)說(shuō)接觸起電。實(shí)質(zhì)上摩擦起電是一種接觸又分離的造成正負(fù)電荷不平衡的過(guò)程。摩擦是一個(gè)不斷接觸與分離的過(guò)程。因此摩擦起電實(shí)質(zhì)上是接觸分離起電。在日常生活，各類物體都可能由于移動(dòng)或摩擦而產(chǎn)生靜電。另一種常見(jiàn)的起電是感應(yīng)起電。當(dāng)帶電物體接近不帶電物體時(shí)會(huì)在不帶電的導(dǎo)體的兩端分別感應(yīng)出負(fù)電和正電。

任何物質(zhì)都是由原子組合而成，而原子的基本結(jié)構(gòu)為質(zhì)子、中子及電子。科學(xué)家們將質(zhì)子定義為正電，中子不帶電，電子帶負(fù)電。在正常狀況下，一個(gè)原子的質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)量相同，正負(fù)電平衡，所以對(duì)外表現(xiàn)出不帶電的現(xiàn)象。但是由于外界作用如摩擦或以各種能量如動(dòng)能、位能、熱能、化學(xué)能等的形式作用會(huì)使原子的正負(fù)電不平衡。在日常生活中所說(shuō)的摩擦實(shí)質(zhì)上就是一種不斷接觸與分離的過(guò)程。有些情況下不摩擦也能產(chǎn)生靜電，如感應(yīng)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(gè)不同材質(zhì)的物體接觸后再分離，即可產(chǎn)生靜電，而產(chǎn)生靜電的普遍方法，就是摩擦生電。材料的絕緣性越好，越容易產(chǎn)生靜電。因?yàn)榭諝庖彩怯稍�子組合而成，所以可以這么說(shuō)，在人們生活的任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都有可能產(chǎn)生靜電。要完全消除靜電幾乎不可能，但可以采取一些措施控制靜電使其不產(chǎn)生危害。

靜電是通過(guò)摩擦引起電荷的重新分布而形成的，也有由于電荷的相互吸引引起電荷的重新分布形成。一般情況下原子核的正電荷與電子的負(fù)電荷相等，正負(fù)平衡，所以不顯電性。 但是如果電子受外力而脫離軌道，造成不平衡電子分布，比如實(shí)質(zhì)上摩擦起電就是一種造成正負(fù)電荷不平衡的過(guò)程。當(dāng)兩個(gè)不同的物體相互接觸并且相互摩擦?xí)r，一個(gè)物體的電子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，就因?yàn)槿鄙匐娮佣鴰д�電，而另一個(gè)體得到一些剩余電子的物體而帶負(fù)電，物體帶上了靜電。

在公元前六世紀(jì)，人類就發(fā)現(xiàn)琥珀摩擦后，能夠吸引輕小物體的“靜電現(xiàn)象”。這是自由電荷在物體之間轉(zhuǎn)移后，所呈現(xiàn)的電性。此外絲綢或毛料摩擦?xí)r，產(chǎn)生的小火花，是電荷中和的效果�！袄纂姟眲t是大自然中，因?yàn)樵茖永鄯e的正負(fù)電荷劇烈中和，所產(chǎn)生的電光、雷聲、熱量。

靜電現(xiàn)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(fā)性的谷倉(cāng)爆炸、在制造過(guò)程中電子元件的損毀、影印機(jī)的運(yùn)作原理等等。當(dāng)一個(gè)物體的表面接觸到其它表面時(shí)，電荷集結(jié)于這物體表面成為靜電。雖然電荷交換是因?yàn)閮蓚�(gè)表面的接觸和分開(kāi)而產(chǎn)生的，只有當(dāng)其中一個(gè)表面的電阻很高時(shí)，電流變的很小，電荷交換的效應(yīng)才會(huì)被注意到。因?yàn)�，電荷�?huì)被入陷于那表面，在那里度過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間，足夠讓這效應(yīng)被觀察到的一段時(shí)間。

靜電現(xiàn)象是由點(diǎn)電荷彼此相互作用的靜電力產(chǎn)生的。庫(kù)倫定律專門描述靜電力的物理性質(zhì)。在氫原子內(nèi)，電子與質(zhì)子彼此相互作用的靜電力超大于萬(wàn)有引力，靜電力的數(shù)量級(jí)大約是萬(wàn)有引力的數(shù)量級(jí)的40 倍。

人類對(duì)電的認(rèn)識(shí)是從靜電開(kāi)始的。對(duì)靜電現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)，和西方一樣，我國(guó)也是很早的。西漢末年的《春秋緯·考異郵》中就有“（玳）瑁吸芥”的記載。王充的《論衡·亂龍篇》中有進(jìn)一步的記載：“頓牟（即玳瑁）掇芥，磁石引針，皆以其真是，不假他類。他類肖似，不能掇取者，何也？氣性異殊，不能相感動(dòng)也。”[1]  意思是在說(shuō)，經(jīng)過(guò)摩擦了的玳瑁（琥珀）能吸引芥籽，磁石能吸引鋼針，這是因?yàn)樗鼈冎�間的“氣性”相同，能相互感動(dòng)；其他看起來(lái)與芥籽、鋼針相似的東西，但因與玳瑁、磁石的“氣性”不同，所以不能相互感動(dòng)。東晉的《山海經(jīng)圖贊》中，也有類似的記載，即“慈石吸鐵，玳瑁取芥，氣有潛感，數(shù)有冥會(huì)�！币舶鸯o電和靜磁并列，同時(shí)認(rèn)為是某種“數(shù)”在起作用。西晉時(shí)張華（232—300）撰寫的《博物志》中有這樣的記載：“今人梳頭、脫著衣時(shí)，有隨梳、解結(jié)有光者，也有咤聲�！币馑际钦f(shuō)梳頭、穿脫衣服時(shí)，常發(fā)生摩擦起電，有時(shí)還能看到小火星和聽(tīng)到微弱的響聲。古希臘是西方電磁學(xué)的發(fā)源地。在古希臘的文獻(xiàn)中記載了一些電磁現(xiàn)象。柏拉圖(前427—前347)曾提到“關(guān)于琥珀和磁石的吸引是觀察到的奇事”。表明公元前三百多年古希臘人就發(fā)現(xiàn)了琥珀吸引小物體的現(xiàn)象。琥珀是松柏類植物的樹(shù)脂流入地下后而成的化石，多為具有黃色光澤的透明固體，古希臘人習(xí)慣把琥珀當(dāng)作高貴的裝飾品，經(jīng)常帶在身上，這樣就容易發(fā)現(xiàn)它有吸引輕小物體的現(xiàn)象。2500年前左右，古希臘哲學(xué)家塔勒斯在研究天然磁石的磁性時(shí)發(fā)現(xiàn)用絲綢、法蘭絨摩擦琥珀之后也有類似于磁石能吸引輕小物體的性質(zhì)。所以，塔勒斯成為有歷史記載的第一個(gè)靜電實(shí)驗(yàn)者。[2]