摩擦生電
早在西元前585年, 古希臘哲學家泰勒斯(Thales,625~547 B.C.)在研究天然磁石的磁性時發現用絲綢、法蘭絨摩擦琥珀(Amber)之後也有類似於磁石能吸引輕小物體的性質。泰勒斯成為有歷史記載的第一個靜電實驗者,所以,電這個詞起源於希臘語ελεκτρον(琥珀)。
西元三世紀,晉朝張華(232~300)在《博物志》中記載:“今人梳頭,解著衣,有隨梳解結,有光者,亦有吒聲”這是頭髮因摩擦起電發出的閃光和劈啪之聲。
從人類認識有靜電現象,一直到20世紀初,直接產生靜電的方法只有靠摩擦,開始是用一手握住琥珀棒,另一手拿著布來互相摩擦生電,到了17世紀,發明了起電機,利用一些轉動的絕緣球、圓筒、圓盤等上附著的金屬片和靜止的刷子摩擦生電。
但是摩擦所生的電荷並無法維持很久,因此有人就發明了可以儲存電荷的容器-萊頓瓶。
摩擦生電
1600年,英國醫生吉爾伯特(Willian Gilbert,1544-1603)做了一系列摩擦生電的實驗,並將電和磁的現象區分開來。他發現一些物質經摩擦之後雖然能吸引東面,但不像磁石樣具有指南北方向的性質,他把這些用摩擦能帶電的物質叫為“摩擦起電物體(Electrics)”。而把摩擦不能帶電的物體叫“非摩擦起電物體(no-electrics)”。為了進一步研究這些物體的吸引能力, Gilbert還發明了第一個驗電器(versorium)用來檢驗帶電物體。這是一個中心可以轉動的很輕的木材或金屬做成的細針,當摩擦過的琥珀靠近時,細針可以轉動。他還發現在天氣乾燥的時候這些物體容易產生吸引力。吉爾伯特被稱為是電學之父。
不久,蓋里克(Otto Von Guericke,1602-1686, 德國人)(註1)發現電的排斥現象。如果把帶電棒接近金屬屑時,它們開始吸引,然後排斥。1678年蓋里克製造了第一個摩擦靜電起電機。他把硫磺粉碎熔化後灌入一個直徑為六英寸的空玻璃球內, 在其中間插入一條木棒作為軸, 硫磺冷卻後,把玻璃球破碎,做成一個硫磺球。當球迅速轉動並用布或直接用手摩擦硫磺球時能產生很大的火花。
1709年英國科學家赫克斯(Francis Hauksbee,1666-1712)做了一個類似於Guericke的靜電發生器, 用一個大輪帶動一個小輪使得球轉得更快, 他計算球的線速度達到29英尺/秒, 當用毛皮摩擦球時, 強烈的放電會使球發出綠光。當他把臉貼近帶電球時他覺得有一股微風吹來。這種摩擦靜電起電機經過不斷改進,後來在靜電實驗中起過重要的作用,直到十九世紀 W. Holtztr和A.Topler分別發明感應起電機後才被取代。他還發明了第一個靜電計(Electroscope)。把彎曲的稻草掛在絕緣的金屬棒的一端, 他發現當帶電體接近時稻草會時排斥而張開。他的另一個重大發現是:當把兩個相距1英寸的球放在一起, 而摩擦其中之一時, 兩球都發光,這一現象在當時他不瞭解, 實際上這就是靜電感應現象。
1882年,英國科學家韋氏 (James Wimshurst,1832~1903)改良起電機,此機器稱為 Wimshurst machine。
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Van de Graff

直到1930年代,由於離子加速器的需要才由Van de Graaff發明了新的靜電發生器Van de Graaff generator。
Van de Graaff注意到,導體帶的電量都在它的表面上。因此如有一些電量運到金屬的內部,它一定會跑到金屬表面。因此如果能繼續不斷地將電量用到非導電的方法運到絕緣好的金屬球內部,這些電量馬上由金屬內部傳到外面的金屬表面,使金屬球表面的電量繼續增加,而金屬球的內部不管是實心或是空心的都不會帶電。所謂Van de Graaff靜電產生器,就是用絕緣的傳動帶由地(電位)載電輸送到空心的導體內側只要繼續不斷地將電量送到導體內側,導體所帶的電量可以繼續不斷的增加,直到導體表面的電量密度(相當於表面上的電場)增加到破壞周圍介質的絕緣而放電為止。
註 1:蓋里克(Otto Von Guericke,1602~1686) 就是德國馬德堡市的市長,曾因發現真空及演示馬德堡半球而聞名於世。
【相關人物】
【參考資料】
近更新時間: Wed, 02/21/2007 7:01 PM