刍议“摩擦起电”

孙伟河

丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，毛皮摩擦过的橡胶棒带负电.相互接触的丝绸和玻璃棒、毛皮和橡胶棒摩擦后带电的原因是什么？这里涉及到不同种物质相互摩擦后，物体能够带电.那么，“不同物质”和“摩擦”是否是构成“起电”的必要条件呢？如果“接触”是“摩擦”的前提，那么，两种物质相互接触，不用摩擦能否起电？摩擦后的物体带的电荷是摩擦力“摩”出来的吗？如果不用摩擦也可以起电，那么，摩擦的作用又在何处？针对以上问题，本人对此进行了探讨.

一、 摩擦起的什么“电”

用摩擦的方法使物体带电的现象，叫摩擦起电（或两种不同的物体相互摩擦后，一种物体带正电，另一种物体带负电的现象）.这里，“电”指电荷，即摩擦后产生静电.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电荷.

二、如何判断摩擦后的物体带电

应用转化法的思想，设计两种实验方案.

方案一：根据带电的物体具有吸引轻小物体的性质，将问题转化为把摩擦过后的物体靠近碎纸屑，观察碎纸屑是否被吸引.如图１所示.若碎纸屑被吸引，说明物体带电.

方案二：根据同种电荷互相排斥，制作了验电器.如图２所示，当验电器的金属球带了电，两个金属箔片必定带有同种电荷，因而相互排斥张开一个角度.我们便可以根据金属箔片是否张开一个角度来判断与验电器相接触的物体是否带电.问题得以转化.

通过实验，我们发现相互摩擦后的两个物体都带电.先让验电器带上已知电性的电荷，再让带电体接触验电器的金属球，如果验电器在原来的基础上张角度大，物体带的电与原来验电器上带的电相同；如果验电器张角先合拢又张开，物体带的电与原来验电器上带的电相反.进一步的研究表明，摩擦后的玻璃棒带正电，丝绸带负电；而毛皮和橡胶棒摩擦过后，橡胶棒带负电，而毛皮带正电.

三、起电源于摩擦吗

１．接触起电

实验：在验电器的金属球上安装一金属圆筒，在筒里注入蒸馏水，把装在胶木柄上的石蜡小球浸没在水中，从水中取出小球，可以看到它可使验电器金属箔片张开，这表明水带电.在这个实验中，不论小球浸没在水中的深浅程度如何，也不论取出小球的快慢如何，实验总是成功的，金属箔片张开的角度不变.实验说明，起电与摩擦无关.日常生活中也有类似的经验：当剥离商品的外包装时，我们发现，塑料薄膜和物体常常带电，即不同材质的物体接触后再分离时，物体也往往带电.“起电”缺省了“摩擦”的步骤，显然，起电与摩擦并无关系.那么，“起电”的原因是什么呢？原子核具有束缚周围电子的本领，不同的原子核束缚电子的本领不同.当两个不同材质的物体相互接触时就必然使得一个物体失去一些电荷，如电子转移到另一个物体使其带正电，而另一个物体得到一些剩余电子的物体而带负电.若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上电.所以物体与其他物体接触后分离就会带上静电.所以，通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的“接触分离”起电，在日常生活中脱衣服产生的静电也是“接触分离”起电.实质上，摩擦起电就是一种接触后分离造成的正负电荷不平衡的过程.摩擦是一个不断接触与分离的过程.

２．摩擦的作用

（１）摩擦是为了使物体紧密接触

当两个不同材料构成的物体紧密接触时，在接触面两侧的两种物质的原子也会紧密接触，当原子的这种紧密接触程度接近于物体里原子与原子间的距离时，束缚电子本领强的原子就能“夺取”束缚电子本领弱的原子里的电子，使得电子在两物体间发生转移，失去电子的物体因缺少电子而带正电，得到电子的物体有了多余的电子而带等量的负电.实际上，只要有了紧密接触就会有电子转移现象发生，不一定非要使劲相互摩擦不可.

（２）摩擦是为了增大接触面积

当两个物体接触时，由于物体表面不可能完全平滑，实际上两个物体真正接触到的地方不会是物体的整个表面，而只是一部分.当两紧密接触的物体发生摩擦时，可以使物体之间真正接触的面积增大，电子在物体间的转移机会增多.当再把物体分开时，其中每一个物体所带的电量增加，带电现象比较明显.看生活中一实例：运油汽车在运行时，油罐里装运的汽油不停地晃动着，使得汽油轮流不断地跟油罐的壁紧密接触发生摩擦，这样产生的电荷就会聚集起来，就会越来越多.为避免出现危险，用一铁链将电荷传到地面.

（３）摩擦是为了使接触面的温度升高

有些物体中的原子核束缚电子的本领很强，电子不易转移，当两种这类物体接触后，相互强烈摩擦时，做功使被摩擦的表面温度显著升高，物体内能增大，这就增强了物体内部分子的热运动，就有更多的电子能获得足够的能量，摆脱原子核的束缚，从一个物体“跑入”另一个物体里，使两物体均发生了带电现象.至此，我们明白摩擦起电是电子由一个物体转移到另一个物体的结果.