静电的科学 - Anuradha Bhagwat

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我们都有过这种经历：当你正走过一个软软的地毯，你伸出手要摸门把手，然后...... 啪的一声。然而，究竟是什么使得静电发生得如此强烈呢？Anuradha Bhagwat 通过研究物质的本质来揭示这种现象。

课程： Anuradha Bhagwat，动画：Artrake Studio。

任何时候，毫无预警地，你就会被电到。

你可能正走过一个软软的地毯，刚要伸手摸门把手

然后突然......啪！

为了理解静电，

我们首先需要理解物质的一些性质。

所有物质都是由原子组成的，

原子又是由三种更小的粒子组成的：

带负电的电子，

带正电的质子，

以及中性的中子。

一般来说，一个原子中的电子数和质子数相平衡，

这就是为什么大部分你接触过的物质都是电中性的。

但是电子很小，质量几乎可以忽略，

摩擦能使受到束缚较小的电子得到足够的能量，

从而离开从属的原子 ，转移到其他原子上，

在不同物体表面迁移。

此时，

第一个物体剩下的电子就比质子少了，

从而变成了带正电；

相对应地，拥有更多电子的物体就积累成了带负电。

这种情况称为电荷失衡，

或者净电荷分离。

但是大自然趋向于平衡，

所以当一个新产生的带电物体接触到另一个物质，

这些游离的电子就会立即跑到

最需要它们的地方，

不是从带负电的物体上瞬间溜走，

就是一拥而上到带正电的物体上

试图恢复电中性的平衡状态。

这种电子的快速移动被称为静电放电，

这就是我们感受到的突然的触电。

并不是任何物体都会静电放电。

否则你会经常被电到。

像金属和盐水一样的导体

往往带有受到束缚较弱的外层电子

这些电子能够轻易在分子间流动。

另一方面，像塑料、橡皮和玻璃一样的绝缘体

它们具有紧密结合的电子，所以不容易跑到其他原子上。

静电积聚最容易发生在

其中一种物质是绝缘体的情况下。

当你走过一个地毯，

你体内的电子就会通过摩擦转移到地毯上，

然而，绝缘的毛地毯不会失去自己的电子。

尽管你的身体和地毯的总和是电中性的，

现在却在两者之间产生了电荷的极化。

然后当你要摸门把手的时候，

啪！

金属门把上受束缚较弱的电子涌到你的手上

来填补你体内丢失的电子。

当静电放电发生在你的卧室，这还是小问题。

但是在广阔的室外，

静电可以变成大自然可怕的、具有破坏性的力量。

在某种条件下，电荷分离会发生在云层里。

我们不知道具体这是如何发生的。

这可能和水滴的循环移动

以及它们中的冰粒子有关。

不管怎样，电荷失衡会通过对另一个物体放电

从而达到中和，

比如通过一个建筑，

通过地球，

或者另一个云，此时产生的巨大的电火花就是我们熟知的闪电

就像你的手指的同一个地方可以一次又一次被电到，

你最好相信闪电也可以在同一个地方闪好多次。