冬天靜電很煩人!靜電產生只是摩擦摩擦這麼簡單?

靜電是非常普遍的現象,以至於人們很容易忘記它有多麼奇怪。究竟是什麼原因引起靜電的呢?

關於靜電的研究歷史可追溯至公元前6世紀,古希臘哲學家、數學家泰勒斯‧米勒都斯是第一個描述靜電的人,幾十年以來,科學家們一直在努力回答這個基礎性問題,近期,研究人員在探索靜電產生原因方面取得了巨大進展。

不管物體表面看起來有多光滑,當你足夠近地放大時,會注意其凹凸不平的部分,科學家稱這樣的結構為「表面微凸體」,每一個物體表面,從氣球到羊毛或者頭髮等纖維,都覆蓋著顯微鏡下才能看到的結構。美國伊利諾斯州西北大學研究人員克里斯多夫‧米茲(Christopher Mizzi)稱,這些特徵是產生靜電的真實原因。

研究報告指出,米茲和同事將日常物體上看不到的凹凸結構與地球表面進行了比,結果顯示,雖然地球從太空角度觀看非常圓滑,是一個接近完美的球體,但實際上地球表面並非完全平坦,分佈著山脈和丘陵地形,對於人們日常熟悉的物體,儘管看上去表現平整,但通過放大鏡觀測時會發現它們存在凹凸結構。

當兩個物體的表面互相摩擦時,它們的表面微凸體會彼此作用產生靜電,在這項最新研究中,米茲和同事展示了摩擦物體如何產生電荷的驚人效果。

靜電的不同尋常之處在於,其最容易用絕緣體產生,這些絕緣體包括:橡膠、羊毛、頭髮等。電流是手機、電燈和幾乎所有其他電子產品的日常電力形式,電子通過導電材料(例如銅線)中的原子流動來產生電流,但是絕緣體的原子不會讓電子輕易進出,它們具有抑制電子流動的能力。

米茲和同事發現當絕緣體的表面微凸體互相摩擦和干擾電子雲時會產生靜電,由於絕緣體中的電子不易移動,該摩擦過程會使電子雲變形。

在這些絕緣體中,原子周圍的電子雲通常是對稱的,米茲指出,當你看到電子雲的時候,你無法分辨上下左右。

但如果你擠壓電子雲,它們就會變形,變得不對稱,米茲解釋稱,在適當的情況下,電子雲新的外形結構會使電壓不均勻地分佈在絕緣體上。

靜電與地毯和毛襪子有什麼關係呢?當你穿襪走在地毯上,身體重量和跨步運動結合在一起,會導致襪子的纖維與地毯纖維發生互相摩擦,每個物體表面的凸起物會沿著逆向表面方向拖拉作用,導致其發生彎曲。

這些電壓變化雖然很微弱,但是人們在日常走路中會逐漸積累,電壓數量達到一定程度,電子雲擠壓會導致靜電大量積累,因此當你觸摸金屬門把手或者與朋友握手時,就會感受到這種靜電作用。

科學家對靜電的最新理解將影響科學家研發為可穿戴設備充電的摩擦發電織物,從而提高產品效率,通過更好地瞭解哪些材料不易於產生靜電,工程師可以努力創造更安全的生產環境,例如:消除易引發火災的相互摩擦灰塵顆粒。

 

 

 

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