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冬天静电很烦人!静电的产生只是摩擦摩擦这么简单?

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(原标题:What Causes Static Electricity?)

作者 | 卡麦拉

出品 | 网易科技《知否》栏目组(公众号:tech_163)

静电是非常普遍的现象,以至于人们很容易忘记它有多么奇怪。究竟是什么原因引起静电的呢?

关于静电的研究历史可追溯至公元前6世纪,古希腊哲学家、数学家泰勒斯·米勒都斯是第一个描述静电的人,几十年以来,科学家们一直在努力回答这个基础性问题,近期,研究人员在探索静电产生原因方面取得了巨大进展。

冬天静电很烦人!静电的产生只是摩擦摩擦这么简单?

不管物体表面看起来有多光滑,当你足够近地放大时,会注意其凹凸不平的部分,科学家称这样的结构为“表面微凸体”,每一个物体表面,从气球到羊毛或者头发等纤维,都覆盖着显微镜下才能看到的结构。美国伊利诺斯州西北大学研究人员克里斯多夫·米兹(Christopher Mizzi)称,这些特征是产生静电的真实原因。

研究报告指出,米兹和同事将日常物体上看不到的凹凸结构与地球表面进行了比,结果显示,虽然地球从太空角度观看非常圆滑,是一个接近完美的球体,但实际上地球表面并非完全平坦,分布着山脉和丘陵地形,对于人们日常熟悉的物体,尽管看上去表现平整,但通过放大镜观测时会发现它们存在凹凸结构。

当两个物体的表面互相摩擦时,它们的表面微凸体会彼此作用产生静电,在这项最新研究中,米兹和同事展示了摩擦物体如何产生电荷的惊人效果。

静电的不同寻常之处在于,其最容易用绝缘体产生,这些绝缘体包括:橡胶、羊毛、头发等。电流是手机、电灯和几乎所有其他电子产品的日常电力形式,电子通过导电材料(例如铜线)中的原子流动来产生电流,但是绝缘体的原子不会让电子轻易进出,它们具有抑制电子流动的能力。

米兹和同事发现当绝缘体的表面微凸体互相摩擦和干扰电子云时会产生静电,由于绝缘体中的电子不易移动,该摩擦过程会使电子云变形。

在这些绝缘体中,原子周围的电子云通常是对称的,米兹指出,当你看到电子云的时候,你无法分辨上下左右。

但如果你挤压电子云,它们就会变形,变得不对称,米兹解释称,在适当的情况下,电子云新的外形结构会使电压不均匀地分布在绝缘体上。

静电与地毯和毛袜子有什么关系呢?当你穿袜走在地毯上,身体重量和跨步运动结合在一起,会导致袜子的纤维与地毯纤维发生互相摩擦,每个物体表面的凸起物会沿着逆向表面方向拖拉作用,导致其发生弯曲。

这些电压变化虽然很微弱,但是人们在日常走路中会逐渐积累,电压数量达到一定程度,电子云挤压会导致静电大量积累,因此当你触摸金属门把手或者与朋友握手时,就会感受到这种静电作用。

科学家对静电的最新理解将影响科学家研发为可穿戴设备充电的摩擦发电织物,从而提高产品效率,通过更好地了解哪些材料不易于产生静电,工程师可以努力创造更安全的生产环境,例如:消除易引发火灾的相互摩擦灰尘颗粒。

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