当一道闪电跃到地面时， 我们突然非常生动地展示了 静态的 电力 (电气 能源 聚集在一个地方)。最 我们知道，当我们把东西摩擦在一起时，静电就会积聚， 虽然这不是一个令人满意的解释。这是关于什么的 摩擦产生电现象的东西?虽然 闪电是静电的一个壮观的例子，它不是 我们可以利用的东西。但是还有很多其他地方 静电非常有用;从 激光打印机 和 复印机 对于污染破坏的发电厂来说，静电真的可以 匪夷所思。因此，让我们仔细看看它是什么以及它是如何工作的!

　　照片：闪电是巨大的静电释放，其中积聚的电势能突然从天空射向地面，形成一种突然的、即兴的电流。如果你想拍摄闪电，请将你的相机设置为拍摄多个连续镜头，并为漫长的等待做好准备：我花了两个小时和数百次徒劳的尝试来拍摄这张照片。

　　照片：经典静电：当您在套头衫上摩擦气球时，会产生静电，使其粘住。摩擦将电子从套头衫(带正电)转移到气球中的乳胶橡胶(带负电)。相反的指控使这两件事坚持下去。

　　我们采取 电力 理所当然：很容易 忘记了家庭、办公室和工厂都是为此供电的 自 19 世纪末以来才以干净便捷的方式——在 更广泛的人类历史，根本不是时间。那是在 19世纪先驱如 亚历山德罗·沃尔特, 迈克尔·法拉第(迈克尔·法拉第), 约瑟夫·亨利和 爱迪生 弄清楚了秘密 电，如何产生它，以及如何让它做有用的事情。 在此之前，电力在很大程度上是一种好奇心：它非常 科学家研究和玩耍很有趣，但没有 他们还可以用它做很多其他事情。在那些日子里，人们做饭和加热 他们的家使用木头或煤炉，并用 蜡烛 或油 灯;没有这样的事情 收音机 或 电视，少得多 手机 或 计算机.

　　“现代电力”为从口袋里的手机到地铁的一切供电 乘车上学或上班就是我们所说的 当前电力 (或 电流)。这是沿着 金属 电线来自 它产生的地方(从一个巨大的任何东西 发电厂 到微小 电池)到它所支持的事物(通常是一个 电动机, 加热元件或 灯).目前的电力总是在移动， 将能量从一个地方运送到另一个地方。

　　照片：另一个经典的静态演示：在套头衫上擦塑料梳子，你会发现你可以捡起小纸片。这有点像用磁铁捡回形针。但是，磁铁可以拾取一个回形针，而磁化回形针可以拾取链条中的其他回形针，而带静电的尺子不会做同样的事情。你为什么这么认为?

　　照片：本杰明富兰克林，创始人和电气先驱。 照片由Carol M. Highsmith档案馆的Carol M. Highsmith's America Project提供， 美国国会图书馆 印刷和照片司。

　　在19世纪之前，人们真正知道或试图使用的唯一一种电是静态的。 电力。古希腊人明白东西是可以给予的 静电“电荷”(静电的积聚)只需通过 摩擦它们，但他们不知道可以使用相同的能量 以生成 光 或动力机器。帮助制作 静电和电流之间的连接是美国的 政治家、出版商和 科学家 本杰明·富兰克林.1752年，当 富兰克林试图弄清楚电的奥秘，他这样做是著名的 在雷雨中放风筝给自己接一些电 能量(这是一件极其危险的事情)。一道闪电劈了下来 顺着风筝落到地上，如果富兰克林没有绝缘，他很可能会被杀死。 富兰克林意识到静电，在天空中积累， 当闪电将其带到 地球表面。正是通过这样的研究， 他开发了他最著名的之一 发明，闪电 杆(避雷针)。富兰克林的工作为《公约》铺平了道路。 19世纪的电气革命——以及 当沃尔特和法拉第等人在富兰克林的发现的基础上学会如何 随意发电，让它做有用的事情。

　　势能和动能

　　顺便说一下，值得注意的是，还有另一种方式可以考虑静态和电流，并将它们与我们之间的事物联系起来。 已经知道 能源.我们可以将静电视为一种 势能：它储存的能量已经准备好了，等待着为我们做一些有用的事情。以类似的方式，当前的电力是(松散地说) 类似于 动能运动中的能量——尽管是电的能量。就像你可以把势能变成动能(例如，让一个更大胆的人滚下山坡)，你也可以把静电变成电流(这就是闪电的作用)，然后又回来(这就是 范德格拉夫发电机 作品)。

　　什么原因导致静电?

　　直到几年前，科学家们还确信他们了解静电及其工作原理。 解释是这样的...

　　就像古希腊人一样，我们倾向于认为 静电来自 拓印 事情。所以如果你活着 在一个家里 尼龙 地毯和金属门把手，你很快就会学会 当你走过 地板，当您触摸门把手时会放电，为您提供 微小的电击。在大多数学校实验中，我们还了解了 通过摩擦东西静止。你可能已经尝试过这个技巧，你 在衣服上擦气球让它粘住?你可能会得出结论 由此，静电以某种方式连接到 摩擦——就是摩擦东西的行为 剧烈地产生电能的积累(在同一 摩擦产生的方式 热 甚至火)。

　　摩擦电效应

　　重要的不是摩擦，而是事实 我们将两种不同的材料带入 联系. 用力揉搓两样东西，简直就把它们弄进去 一次又一次的接触——正是这一点产生了静态 电通过一种称为 摩擦电 (或摩擦电效应)。所有材料均由 原子，具有正中央 核心(核)被一种模糊的“云”包围 电子，这是真正令人兴奋的位。现在一些原子对电子的拉力比 别人;大量的化学反应源于这个事实。如果我们放两个 接触的不同材料，一种吸引电子比 另一种，电子有可能从其中一个中拉出。 材料到另一个。当我们分离材料时，电子 有效地跳槽到最吸引他们的材料 强烈。结果，其中一种材料获得了一些额外的好处 电子(并带负电)，而其他材料 失去了一些电子(并带正电)。嘿普雷斯托， 我们有静电!当我们再次将事情摩擦在一起时， 再 我们增加了更多原子参与其中的机会 电子交换，这就是静电荷积聚的原因。

　　照片：摩擦电效应如何解释静电：1.硬橡胶(硬硫化橡胶——此处显示为黑色棒)和羊毛(显示为灰色)通常没有电荷。2)将它们接触，硬橡胶从羊毛中吸引电子。3)将它们分开，电子留在硬橡胶上，使其带负电，使羊毛缺乏电子(或带正电)。将这两种物质摩擦在一起会增加它们之间的接触，并使电子更有可能从羊毛迁移到硬橡胶。硬橡胶上的负电荷与羊毛上的正电荷大小完全相同;换句话说，不会产生净费用。

　　摩擦电系列

　　如果您尝试使用不同的材料，则 在摩擦时发现一些增益正电荷和一些增益 负电荷;有些材料也比其他材料获得更多的电荷。它变成了 我们可以根据费用对材料进行排序 增益，为我们提供了一种材料排行榜 正到负。不同的书籍和网页显示略有不同 列表，但它们都大致从矿物(正面)到这样的 从木材和纸张(中性)到塑料(负片)等东西。不用担心 太多关于列表的确切顺序;它会因各种类型而异 原因(例如玻璃的种类或乳胶中的添加剂)。

　　++++++++++ 积极 ++++++++

　　+ 空气

　　+ 皮肤

　　+ 皮革

　　+ 石棉

　　+ 玻璃

　　+ 云母

　　+ 石英

　　+ 尼龙

　　+ 羊毛

　　+ 毛皮

　　+ 铅

　　+ 丝绸

　　+ 铝

　　0 纸

　　0 棉花

　　0 钢

　　0 木

　　− 琥珀

　　− 乳胶

　　− 硬质橡胶

　　− 镍

　　− 铜

　　− 黄铜

　　− 银

　　− 金

　　− 铂

　　− 聚酯

　　− 聚苯乙烯

　　− 氯丁橡胶

　　− 萨兰(“保鲜膜”)

　　− 聚乙烯

　　− 聚丙烯

　　− 聚氯乙烯

　　− 硒

　　− 聚四氟乙烯

　　− 硅橡胶

　　− 硬橡胶(非常坚硬的硫化橡胶)

　　−−−−−−−−-

　　此列表称为 摩擦电系列. 系列中两种材料之间的距离越远，静态就越大 当您将它们摩擦在一起时，电力会积聚。如果两个 材料在系列中非常接近，很难让它们建立起来 无论您如何用力摩擦它们，都可以充电。这似乎 确认静电不是摩擦， 本身但 关于我们接触的材料的性质。

　　重新思考静电

　　你刚刚读到的是传统的，被广泛接受的 静电的解释——你仍然会在大多数教科书中找到这样的描述。

　　但在2011年，科学家报告了一些重要的新发现， 似乎暗示了更多的事情正在发生。而不是纯粹的物理学问题， 带电电子从一种材料到另一种材料的简单转移，似乎静电也可能是 引起 化学 (离子的运动和其他本质上的化学过程)。这也可以通过交换少量的实际材料(一点气球转移到你的套头衫上，反之亦然)来实现。我们过去认为静电是负电荷或正电荷(电子或缺乏电子)的简单“堆”，仔细观察，现在它似乎是正电荷和负电荷的“马赛克”，加起来是一个整体。 电荷(正或负)。这项研究是非常新的，并且仍在不断发展，但似乎很明显，我们的传统 静电的解释是对真实情况的过度简化版本，甚至 如果我们忠实地相信它超过2000年!

　　艺术品：顶部：传统理论将气球上的静电荷视为带电粒子在其表面上的均匀分布。下图：根据最新的想法，静电荷实际上是更大电荷的随机“马赛克”，可以是正电荷，也可以是负电荷，加起来就是一个整体电荷。在这种情况下，负电荷比正电荷多得多(黄色比红色多)，因此我们的气球整体带有负电荷。

　　延伸阅读

　　简单介绍

　　你对静电的了解是错误的 作者：约翰·蒂默。《连线》，2011年6月25日。

　　对静电的令人震惊的新理解 作者：道格拉斯·梅因。《大众力学》，2011年6月29日。

　　更复杂的文章

　　接触带电中表面电荷的马赛克 作者：H. T. Baytekin、A. Z. Patashinski、M. Branicki、B. Baytekin、S. Soh 和 B. A. Grzybowski。科学，2011 年 7 月 15 日，第 333 卷，第 6040 期，第 308–312 页。

　　抗氧化剂消除静电 作者：Richard Van Noorden。《自然》，2013年9月19日。

　　什么会产生静电? 作者：Meurig W. Williams。美国科学家，第 100 卷，2012 年 7 月/8 月，第 316-323 页。

　　静电有什么用?

　　现在静电都很有趣， 但它有什么可能的用途呢?你不能用闪电做吐司 螺栓，你不能仅仅通过摩擦手机壳来为手机充电 在你的套头衫上。您可能会认为静态是其中之一 但最终毫无用处的科学片段，没有实用性 应用——但你错了：静电用于所有 各种日常技术!

　　激光打印机 和 复印机 使用静电在硒鼓上积聚墨水并将其转移到 纸.作物喷洒也依靠静电来帮助除草剂 粘在植物的叶子上，均匀地分布在叶子上。厂 喷漆 机器人 使用类似的技巧来确保油漆 液滴被吸引到金属车身而不是机械上 在他们周围。在许多发电厂和化工厂， 烟囱中使用静电来清除污染 (在我们的文章中阅读更多内容 静电除烟器).

　　照片：你怎么能停下来 空气污染 从烟囱里喷出来?一种方法是向烟雾提供静电电荷，然后将其漏斗通过带有相反电荷的金属板网格，从而去除脏烟尘颗粒。这就是“洗涤器”(静电烟雾除尘器)的工作原理，例如安装在佛蒙特州伯灵顿麦克尼尔生物质发电厂的这些烟囱中的那些。照片由Warren Gretz提供 美国能源部国家可再生能源实验室 (NREL).

　　当然，静电也有其缺点。它可能导致燃料库的火花和爆炸，杂散静电是一个 如果您正在工作，真的很麻烦 电子的 组件。那是 为什么工程师和化学家开发了各种 防静电 技术 (从简单的电线到巧妙的，略微导电 涂料 和涂料) 防止静电积聚在敏感的地方。阅读时 这些话，你可以确定有人，某个地方正在试图 找到利用静电的新方法或更好的停止方法 它会导致问题。静电可能是静止的，但它是静止的 永不停滞!