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通识物理静电现象解析

时间:2023-10-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于这些现象都与静电荷有关,所以这些现象被统称为“静电现象”,我们在现实生活中就能观察到很多有趣的静电现象。除了以上这些常见的与电流效应有关的静电现象,生活中还广泛存在一些与“静电感应”和“静电极化”有关的静电现象或应用。其实,这就是气球上的静电使水分子发生静电极化而导致的有趣现象。图10.7静电极化让气球爱上了喵星人

通识物理静电现象解析

当带电物体间直接相互接触,或者由于距离较近导致高压击穿空气时,电荷就可能在物体间发生转移,并因“电流效应”而产生发光放热的现象。由于这些现象都与静电荷有关,所以这些现象被统称为“静电现象”,我们在现实生活中就能观察到很多有趣的静电现象。比如:在干燥的天气下,人体在运动时就容易由于衣物间的摩擦而带上静电,又因为鞋子通常都是绝缘的,所以这些静电荷很难释放到外界,反而在人体越积越多,逐渐形成很高的静电位(最高可达几万伏)。这时,如果人体接触到他人或者金属,比如在公交车上抓住车门边的金属杆或者在公交车上触碰到他人,就可能因为电荷的转移而引发“静电火花”,并产生触电般的针刺感,很是吓人。不过你不用紧张,这些静电放电现象不会伤害你,因为静电压虽然很高,但不具备持续性,在一瞬间就放掉了,因而不会有持续的电流伤害。当然,这个瞬间电流还是很高的,所以一些有高血压心脏病的老人还是应该通过戴手套来尽量避免引发静电放电现象。其他有趣的例子还包括:冬天睡前脱毛衣时,会噼里啪啦一通乱响,黑暗中看起来像是火星四溅;有一些男女情侣也会因为偶然触碰所引发的“静电火花”而感觉“来电”,进而展开了一段神奇的恋情。不过,这种静电火花有时也会引发火灾或者爆炸,所以我们在公路上常常看到一些大型油罐车的尾部会拖着一条铁链。其实,这就是为了导走油料的碰撞摩擦所产生的静电荷,从而避免引发电火花,造成油料的燃烧和爆炸事故。

除了以上这些常见的与电流效应有关的静电现象,生活中还广泛存在一些与“静电感应”和“静电极化”有关的静电现象或应用。比如,人们利用静电感应原理可以使导体带电,而早期的一些静电感应起电机比如范式静电起电机或者手摇式静电起电机都是根据这个原理制成的。现在,我们最常见的还是手摇式静电感应起电机(请参见本书配套慕课视频),当我们快速摇动把柄使起电盘快速旋转时,会通过摩擦使起电盘上产生大量的静电荷,而放电叉虽然不直接接触但却靠近起电盘,起电盘在强静电场的作用下通过静电感应过程在叉端积累大量的感应电荷。此时,如果我们把放电叉与验电器靠近,即便不直接接触,也可以看到验电器里面的铂片因为感应静电而带上电荷并张开;此外,如果我们在摇动把柄时把两个放电叉的球体相互靠近,还可以看到因感应电荷移动而产生的静电火花现象。

静电极化现象在我们的日常生活中就更加常见了,我们平时所说的“带电物体能够吸引轻小物体”,其实就是静电极化效应的一个体现。比如,我们用塑料梳子梳头时,由于摩擦而使梳子带静电,当梳子靠近小纸屑时,由于静电极化效应,小纸屑会呈现出极化电荷。当梳子与小纸屑间的静电吸引力大于小纸屑的重力时,小纸屑就会被吸到梳子上了。类似的现象还有摩擦过的气球:用毛皮或者绸布摩擦过的气球不仅能吸引轻小物体,还能魔术般地使细水流发生弯曲(请参见本书配套慕课视频)。其实,这就是气球上的静电使水分子发生静电极化而导致的有趣现象。当然,如果读者不能很好地了解静电极化效应,它还可能带给我们类似如图10.7 中的这只喵星人的困惑。“哼,这个气球真讨厌,为什么老是粘着我,呃,你是爱上我了吗?”(www.xing528.com)

图10.7 静电极化让气球爱上了喵星人

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