[科普中国]-摩擦起电

定义

摩擦起电（electrification by friction）是电子由一个物体转移到另一个物体的结果，使两个物体带上了等量的电荷。得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电。因此原来不带电的两个物体摩擦起电时，它们所带的电量在数值上必然相等。摩擦过的物体具有吸引轻小物体的现象。1

性质两种电荷：自然界中只存在两种电荷。规定丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫负极电荷。

电荷间的相互作用：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。

任何两个物体摩擦，都可以起电。18世纪中期，美国科学家本杰明·富兰克林经过分析和研究，认为有两种性质不同的电，叫做正电和负电。物体因摩擦而带的电，不是正极电就是负极电。

**实质：**摩擦起电的实质是电荷的转移。1

产生原因原子原理近代科学告诉我们：任何物体都是由原子构成的，而原子由带正电的原子核和带负电的电子所组成，电子绕着原子核运动。在通常情况下，原子核带的正电荷数跟核外电子带的负电荷数相等，原子不显电性，所以整个物体是中性的。原子核里正电荷数量很难改变，而核外电子却能摆脱原子核的束缚，转移到另一物体上，从而使核外电子带的负电荷数目改变。当物体失去电子时，它的电子带的负电荷总数比原子核的正电荷少，就显示出带正电；相反，本来是中性的物体，当得到电子时，它就显示出带负电。

两个物体互相摩擦时，因为不同物体的原子核束缚核外电子的本领不同，所以其中必定有一个物体失去一些电子，另一个物体得到多余的电子。如用玻璃棒跟丝绸摩擦，玻璃棒的一些电子转移到丝绸上，玻璃棒因失去电子而带正电，丝绸因得到电子而带着等量的负电。用橡胶棒跟毛皮摩擦，毛皮的一些电子转移到橡胶棒上，毛皮带正电，橡胶棒带着等量的负电。2

实验证明利用一些容易起电的同种材料进行相互摩擦，两个摩擦表面就能够出现带电现象。通过进一步的实验表明：两个表面所带电荷为同性电荷，并且有的材料摩擦可以带同性正电荷，有的摩擦后可以带同性负电荷。在排除了外界的影响(如通过其它导体导走电荷等)之后，实验仍能得到相同的结果。

原子由带负电荷的电子和带正电荷的原子核构成，原子核所带的正电荷与原子所带的负电荷在数量上相等，因此原子呈电中性，原子构成的物体也呈电中性。不同物质的原子核束缚电子的本领不同。两个物体摩擦时，哪个物体的原子核束缚电子的本领弱，它的一些电子就会转移到另一个物体上，失去电子的物体因缺少电子而带正电，得到电子的物体因有多余的电子而带等量的负电。

将介质表面污染考虑进去从而来解释此现象。

因为介质在未摩擦之前会在周围的环境中受到了一定程度的污染，污染的结果是介质和污染物之间因接触而产生了偶电层。摩擦会使一部分污染脱离介质表面，从而脱离部分的介质与污染之间的偶电层也随之分离使介质带上电荷。因为介质相同，且污染物也相同，这里偶电层也是相同的，故偶电层脱离时，介质上带上同种电荷。

1、原子核+电子,我们知道物质由分子构成，分子由原子构成，而原子又是由原子核和绕原子核高速运动的电子所构成。电子带负电，原子核带正电。

2、电子的转移,因为这样的电荷不流动，被称为“静电”。人体静电的电压最高可达2万伏左右。在冬天干燥的空气里人体会带电，只要人一走动，空气与衣服之间的摩擦就使人体储存了静电。因此，当手触及门上的金属把手等导体就会放电，感觉就像被麻了一下。

3、同种电荷互相排斥，异种电荷相互吸引。2

危害我们穿的化纤衣服，用的塑料制品，都是摩擦起电的良好栖息处所，使用不久就沾上一层灰尘，使它们黯然失色了。

在纺纱机上，摩擦使纤维带电后互相排斥散开，给加拈成纱造成困难；在印刷机上，受滚筒挤压而摩擦带电的纸常常吸在铝板或滚筒上，影响连续印刷；在煤矿里，摩擦起电放出的电火花会引起瓦斯爆炸。

在干燥的环境里，如果你穿着塑料底鞋在干净的地板或地毯上长时间行走之后，伸手去抓金属门把，也许会“啪的一个小火花跳到你的手上，把你电了一下。2

应用中美科学家联合开发出一种能从汽车车轮与地面的摩擦中收获能量的纳米发电机，有望将此前白白浪费掉的能源回收。据称，该装置能将车辆的燃油效率提高至少10%。纳米发电机就依靠这种摩擦电效应，从路面和车辆车轮之间电位差的变化来获得电能。这种纳米发电机依靠集成到车轮上的分段电极来发电。当这部分轮胎表面与路面接触时，两个表面的摩擦会因摩擦电效应产生电荷。在最初的实验中，王旭东和他的同事使用玩具车和发光二极管LED来证明这个概念。它们将电极附着到玩具车的车轮上，当玩具车在地上行进的时候，就能点亮LED灯。实验显示，摩擦引起的电子运动产生的电能足以驱动LED灯，这些能量完全可以被收集和再利用。3