摩擦生電

最近更新日期: 04/08/2011 8:24 AM


電∼起源於琥珀『電磁學之父』吉爾伯特(W.Gilbert,1544~1603) 發現了琥珀的電性。

他是當時英國女王伊麗莎白一世的御醫。

在電學方面,他發現琥珀經過摩擦後能吸引小物體,而且像金鋼石、水晶、玻璃、松香等等物質也都有類似的『琥珀力』,於是他根據希臘文的『琥珀』一詞創造了『電』這個名稱。

在磁方面,他根據小磁針在圓形磁石附近的行為得到地球是個巨大磁石的結論。

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,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。萊頓瓶的發明為電學實驗研究開闢了新的視野,促進了電學的發展!

在學校的教材裡,最早讓我們認識電的題材就是摩擦生電∼用布摩擦塑膠尺,塑膠尺就可以吸起碎紙片。

除此之外,還有一些簡單又好玩的靜電實驗

為什麼碎紙片及頭髮會被吸起來?有人一定會說,是『同性相斥異性相吸』的緣故,

但是∼根據剛剛一系列的靜電小實驗,我們來想想…摩擦過的塑膠尺、免洗筷子的塑膠套、在衣服上摩擦後的氣球或墊板、塑膠繩弄成絲狀能吸引碎紙片,這些…都不是『導體』ㄚ,也沒被摩擦,它們有帶電嗎?為什麼會帶電呢?

大家都知道『同性相斥異性相吸』,也知道電有『正電』和『負電』兩種,是誰規定的啊?正和負是怎麼規定的?

因摩擦而生電的物質是導體?絕緣體?

答案是 絕緣體 。(試試看,如果拿金屬棒來摩擦呢?能不能吸起小紙片?)

絕緣體裡頭有電?絕緣體裡的電和金屬裡的電有什麼不同?

為什麼我們都摩擦絕緣體,而不是導體?

導體的帶電方式和絕緣體有什麼不同?


為什麼塑膠尺摩擦之後可以吸起碎紙片?

是『同性相斥異性相吸』?當然沒錯,但還有很多細節要搞清楚。

最早提出『正電』『負電』的是富蘭克林。( 就是放風箏的那位)

在他之前,科學家就發現毛皮與塑膠尺摩擦,絲絹與玻璃棒摩擦都會產生帶電的狀態。富蘭克林規定絲絹與玻璃棒摩擦後,玻璃帶的電叫正電,和它不同的就叫負電。(沒想到他除了放風箏,還規定了電的正負)(富蘭克林對電的貢獻可多著呢,對電以外的貢獻也很多喔。)

富蘭克林提出正負電理論的150年之後,科學家終於知道物體帶的電是哪裡來的了。(1897年,『電子』被發現了)

電從哪裡來的?

自然界中的任何物體都是由原子組成,每個原子就類似一個太陽系(原子結構圖) ,中心的原子核,帶正電,而繞著它轉的是電子,帶負電。當我們將兩個物體互相摩擦,使兩個物體的溫度升高時,這時候,物體裡的電子會脫離原子核的管轄,有些物體裡比較活躍的電子會在摩擦的過程中轉移到另外的物體上去,這樣,失去了電子的物體帶正電,得到電子的物體就會帶負電。

所以如果衣服上的一些電子摩擦之後跑到尺這兒來,塑膠尺就帶負電。

那碎紙片為什麼會被尺吸起來?碎紙片帶什麼電?

碎紙片沒被摩擦啊,是碎紙片被尺『感應』。

怎麼感應?

碎紙片在帶負電的塑膠尺靠近時,受到『感應』而使裡面每個原子或分子都產生正負電有一點點分離的現象(註1),導致紙片的二端的電性會有正負不同。靠近尺的那一端是正,較遠那端是負,正負電荷之間是吸引力(就是『異性相吸』),所以碎紙片就被塑膠尺給吸過去了。

碎紙片被帶負電的塑膠尺『感應』,然後因為『異性』所以『相吸』。


註:

因為帶負電的尺在旁邊,使得紙片裡每個原子的正負電有一點點分離的現象,這樣正負有一點點分離的原子稱為『電偶極』(electric dipole),當帶電的塑膠尺拿走之後,正負電分離的現象就消除了,所以稱為『感應』電偶極。

也有『永久電偶極』啦,像水分子就是!

 

 

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邱韻如