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静电吸引力

来源:


主要概念

电流

电子

绝缘体

导体


引言

你有没有好奇过,为什么在头上摩擦气球或是毯子——甚至是冬帽,都会使头发竖起来?这是由静电引起的,但静电又是如何作用的?为什么它能使你的头发立起来?

静电是电荷在一个物体中的聚集。有时,静电可以突然释放,比如一道闪电划过天空。有时,静电可以使物体相互依附。想一下,刚从烘干机拿出来的袜子是如何粘附在一起的。物体带有相反电荷、即正电荷和负电荷时,便会相互吸引。(带有相同电荷的物体会互相排斥。)有没有足够大的静电,可以使气球粘在墙上?你认为需要摩擦多少次才行?


背景

当一个物体与另一个物体相互摩擦时,就会产生静电。这是因为摩擦产生了由电子携带的负电荷。电子聚集可以产生静电。例如,当你拖着脚走过地毯时,你的脚和地毯之间会产生很多的表面接触,使得电子转移到你身上,你的皮肤上就积累了静电荷。当你接触另外一个人或物体时,就会以电击的形式突然释放静电。

  同样地,当你的头摩擦气球时,你的头发和气球上会聚集电性相反的静电荷。因此,当你慢慢把气球从头上移开时,你可以看到这两种相反静电荷耳朵相互吸引,使你的头发竖起来。


材料

· 气球

· 毛织品(比如毛衣、围巾、毛毯或毛线球)

· 计时器

· 墙壁

·  搭档(可选) 


准备工作

· 给气球充气并在端口打结

· 让你的搭档准备好计时器


实验步骤

· 手尽可能少地覆盖气球表面,拿着气球(比如只用拇指和食指或是握住它打结的地方)。

· 沿同一方向在毛织物上摩擦气球。

· 把气球贴在墙上,使其与毛织物摩擦的那面对着墙,然后松手。气球有没有粘在墙上?如果气球粘在墙上了,让你的搭档立即启动计时器,测定气球停留在墙上的时间。如果气球没有粘在墙上,进行下一步。

· 使气球接触一个金属物体。为什么你认为这一步非常重要?

· 重复上面的过程,但是每次都要增加气球摩擦毛织物的次数。每次摩擦气球都沿同一方向。(不要来回摩擦气球。)使气球粘在墙上几秒钟需要多少次摩擦?几分钟呢? 

· 你可以将全部过程重复几次。你每次实验的结果,跟之前的实验吻合吗? 


补充实验: 沿一个方向摩擦,与来回摩擦的结果相同吗?试着比较摩擦次数相同的情况下,沿同一方向的摩擦和来回摩擦的结果。前一种情况下,气球粘在墙上的时间比另一种长吗?

补充实验: 试着比较能产生静电荷的不同材料的结果。摩擦毛织物比丝绸好吗?设计一个实验来测试不同的材料:丝绸、毛织品、尼龙、涤纶、塑料、金属等等。


观察和结果

一般来说,是不是随着你增加气球在毛织物上的摩擦次数,气球在墙上粘附的时间会增长?

毛织物是导电材料,这意味着它容易失电子。因此,当你在毛织物上摩擦气球时,使得电子从毛织物转移到气球表面。这样一来,气球受摩擦的部分带有负电荷。由橡胶做成的物体,如气球,是电绝缘体,这表示它们不能让电荷流过。这就是为什么气球只有一部分(毛织物摩擦的地方)带负电荷,而其他部分保持中性的原因。

当气球摩擦了足够多的次数,得到足够的负电荷时,它就会被吸在墙上。虽然墙通常是电中性的,但它内部的电荷可以重新排列,所以带正电荷的区域吸引了带负电荷的气球。由于墙也是电绝缘体,所以电荷不会立即消失。然而,因为金属是导体,当你在金属上摩擦气球时,气球上多余的电子会迅速地离开气球移动到金属内,所以气球不会被吸引,也就不会粘附在墙上了。

 

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