摩擦起電（英文：electrification by friction）是指兩種不同物體相互摩擦后分別帶有正電荷和負(fù)電荷的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象也被稱為靜電現(xiàn)象。
摩擦起電是最早有記載的物理現(xiàn)象之一，其實(shí)質(zhì)是電荷的轉(zhuǎn)移。在公元前六世紀(jì)左右，古希臘哲學(xué)家塞利斯便已記載了琥珀與布摩擦后能吸引草屑的現(xiàn)象。而后在中國的兩晉時(shí)期、明朝時(shí)期都有摩擦起電的相關(guān)記載。1660年，德國物理學(xué)家蓋里克制造了世界上第一臺(tái)摩擦起電機(jī)，由此，摩擦起電機(jī)成為人類研究電現(xiàn)象的重要基本工具。而后的十八、十九世紀(jì)，經(jīng)過法國物理學(xué)家查利·庫侖和物理學(xué)家赫爾曼·馮·亥姆霍茲等人的實(shí)踐，由美國物理學(xué)家本杰明·富蘭克林提出了電荷的兩種屬性，即正電荷與負(fù)電荷。至現(xiàn)代，物理學(xué)家們對(duì)摩擦起電了解更加深入，并得知構(gòu)成物質(zhì)的本身就包括了帶電粒子，從而得出了摩擦起電的原因。
當(dāng)兩個(gè)物體互相摩擦?xí)r，一些束縛得不緊的電子往往可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，于是原來電中性的物體由于得到電子而帶負(fù)電，失去電子的物體則帶正電，這就是摩擦起電的原因。
至現(xiàn)代，摩擦起電多應(yīng)用于工業(yè)與生活方面。如科學(xué)家研究出靜電除塵器來進(jìn)行除塵工作，且廣泛運(yùn)用于冶金、煤氣、造紙等方面，而現(xiàn)代還會(huì)使用摩擦起電來進(jìn)行茶葉的篩選。但同樣，摩擦起電也會(huì)帶來危害，如油罐車就可能因?yàn)槟Σ疗痣娨l(fā)爆炸。所以利用鐵鏈接觸地面，消耗電荷避免爆炸的危險(xiǎn)。
簡史
現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)
摩擦起電是最早有記載的物理現(xiàn)象之一，在公元前六世紀(jì)左右，古希臘哲學(xué)家塞利斯便已記載了琥珀與布摩擦后能吸引草屑的現(xiàn)象，而同時(shí)期的中國也發(fā)現(xiàn)了摩擦起電現(xiàn)象。公元一世紀(jì)，東漢思想家王充在《論衡》一書中記述了“頓牟掇芥”。其中，“頓牟”指玳瑁的甲殼亞門而“掇芥”的意思是吸引芥子之類的輕小物體。
在中國古代的兩晉時(shí)期，也有相關(guān)記載，如晉朝學(xué)者張華在《博物志》中記載：“今人梳頭、脫衣時(shí)，有隨梳，解結(jié)有光者，亦有咤聲。”《晉書·五行志》中也記載，晉永康元年（300年），司馬衷司馬衷納羊姓為后。羊氏入宮就寢，侍人為其解脫衣服，“衣中忽有火，眾咸怪之”，二者皆為摩擦起電現(xiàn)象。
明朝大臣張居正也曾記載摩擦起電現(xiàn)象：“凡貂裘及綺麗之服皆有光。余每于冬月盛寒時(shí)，衣上常有火光，振之迸炸有聲，如花火之狀”，即摩擦起電的現(xiàn)象，但在當(dāng)時(shí)對(duì)電的本質(zhì)亦無了解。
研究發(fā)現(xiàn)
1660年，德國物理學(xué)家蓋里克制造了世界上第一臺(tái)摩擦起電機(jī)，由此，摩擦起電機(jī)成為人類研究電現(xiàn)象的重要基本工具。但是一直未有對(duì)電荷進(jìn)行清晰認(rèn)識(shí)。1785年，法國物理學(xué)家查利·庫侖在《電力定律》一文中提出庫倫定律，該定律是電學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)定量規(guī)律。因此，電學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段。1779年，物理學(xué)家伏特在前人的基礎(chǔ)上提出摩擦起電是接觸效應(yīng)產(chǎn)生的。1879年，物理學(xué)家赫爾曼·馮·亥姆霍茲在人們認(rèn)識(shí)到物質(zhì)特性的基礎(chǔ)上，繼承了伏特學(xué)說，對(duì)帶電原理作了新的說明：使兩種物體分離時(shí)能夠得到的電荷，必須是兩種物體接觸時(shí)偶電層的電荷。這個(gè)偶電層被分離時(shí)，在兩種物體的接觸面上如果保留著電荷的話，那么，就像簡單的平行板電容器那樣，靜電電容隨其間距的增大而減小，這個(gè)電荷顯示出高電位。這與前面的伏特學(xué)說結(jié)合在一起，就是伏特一亥姆霍茲假說。另外，美國科學(xué)家本杰明·富蘭克林將用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷稱之為“正電荷”，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷稱之為“負(fù)電荷”。到了20世紀(jì)，物理學(xué)家柯恩提出，在與液體電介質(zhì)接觸的固體電介質(zhì)中，具有較高介電常數(shù)的一方帶正電，帶電量與介電常數(shù)的差成比例--這就是柯恩法則。隨后，經(jīng)過若干的修正和補(bǔ)充，至現(xiàn)代，科學(xué)家們對(duì)電現(xiàn)象的本質(zhì)也有了更深的了解，并且得知構(gòu)成物質(zhì)的本身就包括了帶電粒子，也得出了摩擦起電的原因。
原理
觀察實(shí)驗(yàn)
人們對(duì)于電的認(rèn)識(shí)最初來自摩擦起電。人們發(fā)現(xiàn)用絲綢摩擦過的玻璃棒和用毛皮摩擦過的硬橡膠棒都具有吸引輕小物體的性質(zhì)，處于這種特殊狀態(tài)的物體就被稱為帶電體，或說物體帶上了電荷。使物體帶電叫作起電，用摩擦的方法使物體帶電叫做摩擦起電。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，自然界中只存在兩種電荷。規(guī)定絲綢摩擦過的玻璃棒帶的電荷叫正電荷，用毛皮摩擦過的橡膠棒帶的電荷叫負(fù)電荷。電荷與電荷之間存在相互作用力，同號(hào)電荷相互排斥，異號(hào)電荷相互吸引。物體中所帶電荷的多少，叫做電量。根據(jù)物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)可知，組成物質(zhì)的原子是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子所構(gòu)成，通常原子核所帶的正電荷和所有核外電子帶的負(fù)電荷是相等的，原子呈電中性。所以，在正常情況下物體呈電中性。當(dāng)由于某種原因破壞了物體的電中性（獲得電子或失去電子）狀態(tài)時(shí)，物體就帶上了負(fù)電荷或正電荷。
提出假設(shè)
根據(jù)伏特——赫爾曼·馮·亥姆霍茲假說及柯恩提出的學(xué)說，可把摩擦起電的機(jī)理分為三個(gè)種類。首先便是接觸起電過程：帶電符號(hào)被認(rèn)為是這個(gè)過程產(chǎn)生的；其次就是分離起電過程：已接觸的兩個(gè)物體的分離過程。此時(shí)，伴隨著兩物體間電容的減少，電勢(shì)升高。這是決定帶電量多少的階段；最后便是摩擦的效果：摩擦實(shí)際上是兩個(gè)物體不同接觸點(diǎn)之間連續(xù)不斷的進(jìn)行接觸與分離的過程。
本質(zhì)認(rèn)識(shí)
構(gòu)成物質(zhì)的本身就包括了帶電粒子，帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子構(gòu)成原子核，核外有帶負(fù)電的電子。原子核的正電荷的數(shù)量與電子的負(fù)電荷的數(shù)量相同，所以整個(gè)原子對(duì)外表現(xiàn)為電中性。原子核內(nèi)部的質(zhì)子和中子被核力緊密地束縛在一起。核力來源于強(qiáng)相互作用，所以原子核的結(jié)構(gòu)一般是很穩(wěn)定的。核外的電子靠質(zhì)子的吸引力維系在原子核附近。通常離原子核較遠(yuǎn)的電子受到的束縛較弱，容易受到外界的作用而脫離原子。當(dāng)兩個(gè)物體互相摩擦?xí)r，因?yàn)椴煌矬w的原子核束縛核外電子的本領(lǐng)不同，一些束縛得不緊的電子必定可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，于是原來電中性的物體中，得到電子的物體帶負(fù)電，失去電子的物體則帶正電，這就是摩擦起電的原因。例如，用玻璃棒跟絲綢摩擦，玻璃棒的一些電子轉(zhuǎn)移到絲綢上，玻璃棒因失去電子而帶正電，絲綢因得到電子而帶著等量的負(fù)電。實(shí)驗(yàn)表明：相互摩擦的兩個(gè)物體是同時(shí)帶電的，而且所帶的電荷等量異號(hào)。
相關(guān)定律
電荷守恒定律
在自然界中所觀察到的一切過程中，各個(gè)物體所帶的電荷可以改變，但參與此過程的所有物體所帶的電荷的總和是不變的，即電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它們只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，也就是說在任何物理過程中，電荷的代數(shù)和是守恒的，這就是電荷守恒定律。電荷守恒定律是從大量實(shí)驗(yàn)中概括總結(jié)出來的自然界的基本規(guī)律，對(duì)宏觀和微觀都成立。它是物理學(xué)中重要的基本定律之一。例如，毛皮摩擦橡膠棒，毛皮失去電子帶正電，橡膠棒得到電子帶負(fù)電，但是所帶電荷的代數(shù)和為零，既所帶電荷的總量沒變，只是電子從毛皮轉(zhuǎn)移到橡膠棒上了。
庫倫定律
庫侖定律（Coulomb'slaw），法國物理學(xué)家查利·庫侖于1785年在《電力定律》一文中提出，是電學(xué)發(fā)展史上的第一個(gè)定量規(guī)律。因此，電學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段，是電歷史學(xué)中的一塊重要的里程碑。真空中兩個(gè)點(diǎn)電荷之間相互作用力，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上，這個(gè)規(guī)律叫作庫侖定律。電荷間的這種相互作用力叫作靜電力或庫侖力。其表達(dá)式為：.式中是對(duì)的作用力，是由指向的單位向量，是真空介電常數(shù)，它的值近似等于.
實(shí)驗(yàn)證明
人們發(fā)現(xiàn)一些經(jīng)過摩擦的物體能夠吸引輕小之物，處于這種特殊狀態(tài)的物體就被稱為帶電體，或者說物體帶上了電荷，簡稱帶電。如果把絲綢摩擦過的一根玻璃棒懸掛起來，再將另一根同樣被絲綢摩擦過的玻璃棒去靠近它的一端，如示例圖所示，將會(huì)發(fā)現(xiàn)兩根玻璃棒相互排斥；若用一根毛皮摩擦過的硬橡膠棒去接近該懸掛著的玻璃棒，那末兩者將互相吸引。但如果使兩根被毛皮摩擦過的硬橡膠棒互相靠近，它們之間又會(huì)相互排斥。這說明用絲綢摩擦過的玻璃棒上所帶的電荷與用毛皮摩擦過的硬橡膠棒上所帶的電荷是兩種性質(zhì)不同的電荷。為了區(qū)別這兩種性質(zhì)不同的電荷，歷史上曾規(guī)定在室溫條件下，被絲綢摩擦的玻璃棒上所帶的電荷稱為正電荷，通常用“+”號(hào)來表示；而硬橡膠棒被毛皮摩擦后所帶的電荷稱為負(fù)電荷，用“-”號(hào)表示。這些規(guī)定一直沿用至現(xiàn)代。
此實(shí)驗(yàn)不僅表明電荷有兩種，而且表明電荷之間存在著相互作用：同號(hào)電荷相互排斥；異號(hào)電荷相互吸引。大量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明：一切物體不論用什么方法使之帶電后，不是與絲綢摩擦過的玻璃棒相斥（或與毛皮摩擦過的硬橡膠棒相吸），就是與絲綢摩擦過的玻璃棒相吸（或與毛皮摩擦過的硬橡膠棒相斥）。這說明它們所帶的不是正電荷，就是負(fù)電荷。自然界里只存在正、負(fù)兩種電荷。電荷的數(shù)量稱為電量。
將帶有等量異號(hào)電荷的物體放在一起時(shí)，由于正、負(fù)電荷的數(shù)量相等，它們對(duì)外既顯不出帶正電，也顯不出帶負(fù)電，或者說呈電中性。這種現(xiàn)象稱為電中和。大量的正、負(fù)電荷中和時(shí)，往往會(huì)發(fā)生火花，并伴有劈啪聲，形成火花放電。
危害
摩擦起電也存在一定危害。如，油罐車的車尾有一條拖地的鐵鏈。這是由于油罐車在行馳時(shí)，汽油不斷地晃動(dòng)，結(jié)果使汽油和油槽不斷地發(fā)生碰撞、摩擦而發(fā)生摩擦起電。因?yàn)槠囕喬ナ?a href="/hebeideji/7197298036690173984.html">絕緣體，所以電荷不能通過輪胎傳到地面。如果沒有鐵鏈，電荷就會(huì)積累起來，甚至發(fā)生火花放電而引起爆炸。而利用鐵鏈可以把自由電荷傳到地面，使電荷不能積累，避免爆炸的危險(xiǎn)。
飛機(jī)的螺旋槳由于在動(dòng)時(shí)與空氣劇烈摩擦?xí)想姾桑@些電荷在中和時(shí)引起的火花放電要干擾飛機(jī)上的無線電通訊。火花放電在一定的條件下還會(huì)引起爆炸。在通過管道輸送干燥的糖、面粉等粉末狀物質(zhì)時(shí)，就可能會(huì)由于摩擦產(chǎn)生的正，負(fù)電荷中和而引起爆炸。在紡紗機(jī)上，摩擦使纖維帶電后互相排斥散開，給加拈成紗造成困難；在印刷機(jī)上，受滾筒擠壓而摩擦帶電的紙常常吸在鋁板或滾筒上，影響連續(xù)印刷。我們穿的化纖衣服，用的塑料制品，都是摩擦起電的良好棲息處所，使用不久就沾上一層灰塵，使它們黯然失色了。
應(yīng)用
工業(yè)應(yīng)用
摩擦起電多用于工業(yè)方面，如，靜電除塵器就是利用靜電力（庫侖力）將氣體中的粉塵或液滴分離出來的除塵設(shè)備，也稱電除塵器、電收塵器。靜電除塵器在冶金、水泥、煤氣、電站鍋爐、硫酸、造紙等工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。
生活應(yīng)用
摩擦起電也會(huì)應(yīng)用于生活方面，如人們會(huì)用絲綢布來擦拭眼鏡的鏡片，就是因?yàn)榻z綢和玻璃的摩擦?xí)a(chǎn)生靜電荷，可以更有利于清除灰塵等輕小物體。還有在采茶工業(yè)上，在茶葉和茶葉梗彼此摩擦后，兩者將分別帶上異號(hào)電荷，令帶電的茶葉和茶葉梗通過一對(duì)帶正、負(fù)電荷的極板，由于同性相斥，異性相吸，兩者分別被吸至帶相反電荷的極板處，自動(dòng)地完成了茶葉和葉梗的分揀。
參考資料 >