什么是静电

前段时间有个网友在后台留言说想了解一下静电，正巧的是，小编前几天爬楼梯的时候，手指无意中触碰了一下扶手，然后竟然被电了！电了！了！好气啊，夏天竟然被电了，作为一个凡事都要研究一下的小编，自然不会放过这个现象，一定要找出被电的缘由。趁着这个机会，小编就应网友要求来聊一下静电，并告诉你小编究竟为什么会被电。

怒发冲冠（假装有帽子）

啥是静电？

Definition of static electricity

静电是电荷在物质系统中的不平衡分布产生的现象[1]。物质系统中的不平衡分布，嗯~~~，这句话有点专业，简单地说就是物体中的正负电荷不相等，使得物体荷电。静电之所以被称之为静电，是因为物体带电后，电荷会保持在物体上，除非通过放电的方式将电荷移走。

静电的产生方法主要有两种，分别是摩擦起电和感应起电。

电子逸出功（忘了逸出功是啥的小可爱回去翻翻课本）不同的两种物体摩擦时，因为逸出功小的材料对电子的束缚更弱，所以它的电子容易流向另外一个物体，这样就使得电子逸出功小的材料带正电，电子逸出功大的材料带负电[1]。这就是摩擦起电。

正负电荷的命名就和摩擦起电有关。那位100美元钞票上的政治科学两开花的本杰明·富兰克林将丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷叫正电荷，皮毛摩擦过的橡胶棒所带的电荷叫负电荷。

本杰明·富兰克林（图片来源：Wikipedia）

带电物体靠近导体的时候，在电场作用下，导体两端聚集符号相反的电荷，如果将导体一端的电荷引入大地，那么导体就会带电，这属于感应起电。

感应起电示意图（来源：vivaxsolutions.com）

我们都知道，带电物体往往具有吸引轻小物体的性质，比如和头发摩擦过后的塑料笔杆能吸附小纸屑。这是由于带电物体靠近时，轻小物体会感应起电，从而带上和带电物体异号的电荷而被吸引。

夏季的雷击事件则与这两种起电方式都有关。

目前普遍认为，雷电是强对流天气下，云中的小水滴和冰晶摩擦、碰撞，使得云层顶部带正电荷，云层底部带负电荷，进而云层之间放电的现象[2]。

图片来源：NOAA

云层底部带负电，会使大地表面感应出正电荷，云层底部和大地构成一个电容器。当空气被击穿，云层底部的负电荷和大地带的正电荷中和就是雷击了。

静电有用吗？

Of course

范德格拉夫起电机

范德格拉夫起电机在科技馆中经常可以见到，让人产生刺猬头的那个大圆球装置。

听这个装置的名字就知道，范特格拉夫起电机来历不凡，实际上人家是用来做加速器的。范德格拉夫在1931年左右制造了一台静电加速器用于核物理实验，因为范德格拉夫静电加速器最大可以产生5MV的电压，足以用来加速带电粒子。后来有了更好的加速器，比如回旋加速器，范德格拉夫静电加速器就用来教学了[3]。

范特格拉夫起电机的原理其实很简单，电刷A与几万伏的电源相连，因为尖端放电，让皮带荷正电，然后通过滚轴的运动让皮带携带正电荷到电刷B，使得和电刷B相连的球壳带正电（因为电荷不会在球体内部，而是会集中在外部）。球壳产生的电场就可以用来加速内部离子源产生的离子了。

范特格拉夫起电机原理图（图片来源：UNCW）

静电复印

静电复印听名字就知道用上了静电。

复印机最重要部件是硒鼓（也叫感光鼓），硒鼓的基体是铝，表面是硒，硒有个光敏特性，在黑暗下是绝缘体，在光照下是导体[4]。

在黑暗中让硒鼓表面的硒带负电，而铝基体感应出正电。用光扫描需要复印的内容，没有字迹的地方光可以透过，让硒成为导体，这块区域的硒和铝基体的电荷中和，就成了中性的，而有字迹的地方光就无法透过，硒依然带负电。这样在硒鼓上就有一个由电荷形成的影像，叫潜影。硒鼓带负电的区域吸附带正电的碳粉，再将碳粉转移到带负电荷的复印纸上。复印纸和碳粉只是静电吸引，接触还不牢固，需要烘烤纸张让碳粉固定在纸张上，这也就是为什么刚打印出来的纸很烫手。

复印机原理（图片来源：Wikipedia）

不同的品牌碳粉所带的电荷不同，相应的，硒鼓所带的电荷也会不同，并不是所有厂商生产的墨粉都是带正电的。

激光打印机也是类似的原理，不同之处是直接用激光照射硒鼓得到潜影。

激光打印机原理（图片来源：UNCW）

静电除尘

让细颗粒物先通过带正电的滤网，荷上正电，再经过带负电的滤网，因为静电吸引，细颗粒物就能被带负电的滤网捕获了[3]。从而起到除尘净化空气的作用。

静电除尘原理（图片来源：UNCW）

静电上漆

让油漆和物件带不同的电荷，因为有电场的存在，油漆颗粒会在电场力的作用下向物件运动，油漆利用效率更高（油漆颗粒受到的电场力是重力的75倍，也就是说油漆颗粒被电场约束了，不容易乱跑），喷涂更均匀[5]。

同样条件下，荷电与不荷电的喷漆结果（图片来源：Youtube）

静电也烦人

Annoying

静电中和所释放的能量比较小，比如干燥的冬季人体触碰金属物体所释放的能量远不足1J，但是电压却在上万伏，这足以造成不小的危害。

比如很多电子设备就对静电很敏感，因为电子设备中电路的集成度很高，使得线路面积很小，耐压能力差，很容易被静电击穿。所以在电子产品线上的工人都会有全套装备来防护，地板上也有导电涂料。平时购买的线路板之类的外面也会有防静电包装。

防静电用品（来源：xzcgp.com）

静电会释放火花，易燃易爆物附近除了要严防烟火，也要小心静电。比如自助加油站上都会有下面的那个提示，就是为了防止静电引燃了挥发出来的汽油。油罐车尾部都会拖着条铁链，也是为了接地，及时将电荷传导出去，避免引燃油料，毕竟长途运输油料和罐体不断摩擦，会有源源不断的电荷产生。粉尘很大的区域也需要防静电，比如面粉厂，虽然平时要将面粉点燃挺困难的，但是当它弥散在空气中时，与空气接触面积大，非常容易点燃。

静电释放器（图片来源：pioneerwe.com）

怎样才能避免被电

The method

虽然静电能量低，但被电一下实在是不好受，尤其是在冬天，一天要被电很多次，电的多了，遇见铁门和栏杆都有阴影了。（感同身受的小伙伴请让我看到你的双手）

前面已经提过静电的产生原因了，那么如何减少被电的次数也有了理论依据。

人体所带的静电是由于人体与衣物、衣物与衣物之间相互摩擦所产生的，也就是摩擦生电。只要人在运动，那就不可避免地会带上静电，所以阻止静电产生的这一条路是不可行的。既然无法阻止静电的产生，那就只好减少人体的电量，也就是要及时地把静电传导走。

所以，最有效的办法是用空气加湿器增大空气湿度，提高空气的导电性，这样人体的电荷就能被及时导走，减少累积。这也是为什么在南方就不容易被电的原因。除了这个办法，上文提到的车间里的静电手环也可以试试，就是有个缺点——活动不太方便。

尽管有这些导走电荷的方法，但有时难免还是会被电，这时就要思考下怎样减弱被电的感觉。

静电释放时能量比较低，但是感觉很明显。这时因为手指接触金属时，放电的区域特别小，就像是尖端放电，使得那一小块皮肤感觉有感觉。所以要尽量增大和金属的接触面积，比如用手先捏住自己身上的钥匙（身上的钥匙和自己的电位相同），再用钥匙尖去触碰铁门、栏杆之类的，这样就可以减弱电击的感觉。因为手指捏住钥匙之后，手和金属的接触面积增大了，增大了皮肤导电的区域，而尖端放电的重任则由钥匙尖代劳了[6]。如果一时间没找到钥匙，可以试着用手背接触铁门，这样也可以增大接触面积。

至于开头提到的小编夏天被电了，其实原因很简单：空气干燥才容易被电，那说明盛夏已过，秋天将至。这也提醒我们，快要开学啦！

参考资料:

[1]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%9D%99%E7%94%B5

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Lightning

[3]https://uncw.instructure.com/courses/17048/modules/items/158524

[4]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%8D%E5%8D%B0%E6%9C%BA

[5]https://www.youtube.com/watch?v=LAEGkaqKZhQ

[6]https://www.zhihu.com/question/19584885

编辑：重光

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