摩擦起電的原理

圖片來源：摘自《觀念物理5》

我們都很熟悉摩擦生電的效應。撫摸貓的毛髮時，我們會聽到礔啪的火花聲，在不很明亮的房間對鏡梳頭時，我們會聽見也看見電的火花。穿著皮鞋在地毯上拖行後，手碰到金屬門把時會感到一陣刺痛。在車子內挪動身體、滑過塑膠椅墊，也同樣會使我們充電。這種種情形都是一種物質和另一種物質擦摩，以致電子產生轉移的現象。

電子可以經由簡單的觸碰而自一樣物體傳到另一物體上。當一支帶電的棒子碰到中性的物體時，部分電荷就會傳送過去，這種充電的方式就叫做接觸充電。如果該物體是良導體，那麼電荷傳過去之後就立刻在其表面分散至各部分，這是因為同性的電荷互相排斥的關係。如果該物體是件不良導體，那就需要帶電的棒子在物體的不同部位碰觸，才能讓電荷分布得比較均勻。

如果我們把一個帶電的物體移近導體的表面，不做任何實際的接觸，那導體的電子也會在導體表面移動。如圖所示有兩個金屬球A和B。我們來看圖中(a)(b)(c)(d)的四個過程。

在(a)的部分，兩個不帶電的球表面接觸。(b)顯示一支帶有負電荷的棒子接近A球旁邊，A球的電子被棒子的負電荷驅趕，於是有過量的負電荷移往B球，使A球留下過量的正電荷，造成兩個球中的電荷被重新分布，我們稱之為這兩個球產生了感應電荷。在(c)的過程裡，棒子仍然在旁邊時，我們將A球和B球分離。(d)的過程是棒子被挪走之後，兩個球變成帶同量而異性的電荷。它們都是因感應而充電的。那帶電的棒子一直都沒有碰到球，所以仍然保留了原來的電荷。

單獨一個球，當球中的電荷被感應分離時，如果用手指碰它，也會同樣使球充電。我們看圖中一個金屬球以絕緣的繩子懸掛著的幾個過程。(a)的金屬球中，淨電荷為零。(b)顯示一根帶電的棒子使球中的電荷因感應而重新分布，可是淨電荷仍然是零。(c)顯示用手指碰球而將電子移走。於是造成(d)中的球變為帶正電荷。此時帶正電的球被帶負電的棒子吸引過去，如(e)所示，以致球與棒子接觸；最後棒子上的電子傳送到球中，又使球充上負電荷。(f)表示帶負電荷的球又被帶負電荷的棒子排斥而推開。

當我們以手指碰球時，如上圖所示，負電荷經過導電體到達一個無限大的電子庫（地下）中。我們碰觸一個導體而使它的電荷消失，這通常叫做「接地」。

【書籍資訊】
《觀念物理5》