科普知识(28)——摩擦生电是什么原理?为什么电荷会发生转移?


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科普知识(28)——摩擦生电是什么原理?为什么电荷会发生转移?


我们每个人都做过下面这样一个趣味的小实验 , 把直尺在头发上摩擦一下 , 它就可以吸起小纸片等轻小的物体 。

当然 , 我们也或多或少 , 知道这样一个现象产生的原因在于摩擦过程使直尺带有了一定的电荷 。

但要说其具体发生了什么样的现象 , 我想可能大部分人还是没有办法说的很明白 。 比如为什么会发生电荷的转移现象?又比如凭什么在这样一个摩擦过程中电荷的转移方向是这样的?

我们大部分人其实往往都是靠着直接记忆 , 比方说玻璃棒和丝绸摩擦 , 玻璃棒带正电荷 , 而丝绸则带负电荷 。

可是凭什么是这样?为什么就不能是玻璃棒带负电荷 , 而丝绸带正电荷?
我们先看一下为什么在摩擦过程中会出现电荷转移现象?我们知道任何一个物体都可以认为是由原子所组成 。

【科普知识(28)——摩擦生电是什么原理?为什么电荷会发生转移?】而原子则由原子核和核外电子所构成 , 其中核外电子是带负电的 。 原子核则由质子和中子所组成 , 其中质子是带有正电荷的 。

这里大家可以这么记忆 , 因为中子是中性的 , 所以它自然是不带电荷的 。
同时质子所带的正电荷与电子所带的负电荷 , 它们的总量是相同的 。 所以每一个原子的正负电荷都会相互抵消 , 这样物体对外就是呈中性的 。 如下图所示 , 质子和电子的数量永远都是相同的 。

但是如果发生了剧烈的摩擦 , 情况就不一样了 , 摩擦会导致物体的温度升高 。 我们知道在物体内部的分子和原子都是做着无规则热运动的 。 现在温度的上升自然加剧了这样一个运动的情况 , 就像你吃饱了饭想着要运动一下一样 。

而且因为两个物体是紧紧的接触在一起 , 所以就增加了两个物体间分子或原子之间碰撞的可能性 。 (注意 , 有些物体由分子构成 , 有些则由原子构成)
就如同两个恒星系之间发生碰撞一样 , 原本围绕着太阳的行星可能会跑到另外一颗恒星那里去 。

电子其实就和围绕恒星运动的行星一样 , 这东西它又不认路 , 所以有些电子跑着跑着就迷路了 , 跑到别的地方去了 。
那么如果有一个物体中的电子跑到了别的地方去 , 它内部的正负电荷自然就不平衡了 。 因为在这一过程中 , 质子并不会离开 , 所以正电荷的量是不变的 , 这样这个物体自然就对外带正电荷了 。

另一方面 , 接受了电子的物体自然就会带负电荷 。 所以摩擦起电更应该被叫做摩擦分电 。
那么这样一个电子的移动方向是不是固定的?比如说你手上有一个物体 , 你摩擦一会儿后它带了负电 , 但是多摩擦一会儿它又变成正电了 。
很明显在现实生活中并不会出现这样一个情况 , 这就意味着电子的移动方向是固定的 。
这一情况产生的原因在于不同物质的原子核 , 对于电子的束缚能力是不一样的 。

这一束缚能力主要取决于两点 , 其一是原子核内质子的数量 , 其二则是电子的层数 。

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