究竟是什么原因引起靜電？研究人員已取得巨大進(jìn)展

靜電是非常普遍的現(xiàn)象，以至于人們很容易忘記它有多么奇怪。究竟是什么原因引起靜電的呢?

關(guān)于靜電的研究歷史可追溯至公元前6世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家泰勒斯·米勒都斯是第一個(gè)描述靜電的人，幾十年以來，科學(xué)家們一直在努力回答這個(gè)基礎(chǔ)性問題，近期，研究人員在探索靜電產(chǎn)生原因方面取得了巨大進(jìn)展。

不管物體表面看起來有多光滑，當(dāng)你足夠近地放大時(shí)，會(huì)注意其凹凸不平的部分，科學(xué)家稱這樣的結(jié)構(gòu)為“表面微凸體”，每一個(gè)物體表面，從氣球到羊毛或者頭發(fā)等纖維，都覆蓋著顯微鏡下才能看到的結(jié)構(gòu)。美國伊利諾斯州西北大學(xué)研究人員克里斯多夫·米茲(Christopher Mizzi)稱，這些特征是產(chǎn)生靜電的真實(shí)原因。

研究報(bào)告指出，米茲和同事將日常物體上看不到的凹凸結(jié)構(gòu)與地球表面進(jìn)行了比，結(jié)果顯示，雖然地球從太空角度觀看非常圓滑，是一個(gè)接近完美的球體，但實(shí)際上地球表面并非完全平坦，分布著山脈和丘陵地形，對于人們?nèi)粘Ｊ煜さ奈矬w，盡管看上去表現(xiàn)平整，但通過放大鏡觀測時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)它們存在凹凸結(jié)構(gòu)。

當(dāng)兩個(gè)物體的表面互相摩擦?xí)r，它們的表面微凸體會(huì)彼此作用產(chǎn)生靜電，在這項(xiàng)最新研究中，米茲和同事展示了摩擦物體如何產(chǎn)生電荷的驚人效果。

靜電的不同尋常之處在于，其最容易用絕緣體產(chǎn)生，這些絕緣體包括：橡膠、羊毛、頭發(fā)等。電流是手機(jī)、電燈和幾乎所有其他電子產(chǎn)品的日常電力形式，電子通過導(dǎo)電材料(例如銅線)中的原子流動(dòng)來產(chǎn)生電流，但是絕緣體的原子不會(huì)讓電子輕易進(jìn)出，它們具有抑制電子流動(dòng)的能力。

米茲和同事發(fā)現(xiàn)當(dāng)絕緣體的表面微凸體互相摩擦和干擾電子云時(shí)會(huì)產(chǎn)生靜電，由于絕緣體中的電子不易移動(dòng)，該摩擦過程會(huì)使電子云變形。

在這些絕緣體中，原子周圍的電子云通常是對稱的，米茲指出，當(dāng)你看到電子云的時(shí)候，你無法分辨上下左右。

但如果你擠壓電子云，它們就會(huì)變形，變得不對稱，米茲解釋稱，在適當(dāng)?shù)那闆r下，電子云新的外形結(jié)構(gòu)會(huì)使電壓不均勻地分布在絕緣體上。

靜電與地毯和毛襪子有什么關(guān)系呢?當(dāng)你穿襪走在地毯上，身體重量和跨步運(yùn)動(dòng)結(jié)合在一起，會(huì)導(dǎo)致襪子的纖維與地毯纖維發(fā)生互相摩擦，每個(gè)物體表面的凸起物會(huì)沿著逆向表面方向拖拉作用，導(dǎo)致其發(fā)生彎曲。

這些電壓變化雖然很微弱，但是人們在日常走路中會(huì)逐漸積累，電壓數(shù)量達(dá)到一定程度，電子云擠壓會(huì)導(dǎo)致靜電大量積累，因此當(dāng)你觸摸金屬門把手或者與朋友握手時(shí)，就會(huì)感受到這種靜電作用。

科學(xué)家對靜電的最新理解將影響科學(xué)家研發(fā)為可穿戴設(shè)備充電的摩擦發(fā)電織物，從而提高產(chǎn)品效率，通過更好地了解哪些材料不易于產(chǎn)生靜電，工程師可以努力創(chuàng)造更安全的生產(chǎn)環(huán)境，例如：消除易引發(fā)火災(zāi)的相互摩擦灰塵顆粒。