静电

几个世纪前就发现某些类型的材料在摩擦在一起后会神秘地相互吸引。例如，将一块丝绸与一块玻璃摩擦后，丝绸和玻璃往往会粘在一起。确实，即使将两种材料分开，也可以表现出吸引力：

玻璃和丝绸并不是已知的唯一具有这种特性的材料。任何曾经接触过乳胶气球却发现它试图粘在气球上的人都经历过同样的现象。石蜡和羊毛布是另一种被早期实验者认为摩擦后会表现出吸引力的材料：

当发现相同的材料在用各自的布摩擦后总是相互排斥时，这种现象变得更加有趣：

还有人注意到，当一块用丝绸摩擦过的玻璃接触到一块用羊毛摩擦过的蜡时，两种材料会相互吸引：

此外，发现任何在摩擦后表现出吸引或排斥特性的材料都可以归类为两个不同的类别之一：被玻璃吸引而被蜡排斥，或被玻璃排斥而被蜡吸引。要么是一个要么是另一个：没有发现任何材料会被玻璃和蜡吸引或排斥，或者与一种反应而不与另一种反应。

更多的注意力集中在用于摩擦的布片上。结果发现，用两块丝布摩擦两块玻璃后，不仅玻璃块相互排斥，布也相互排斥。用来擦蜡的羊毛片也有同样的现象：

现在，看到这种情况真的很奇怪。毕竟，这些物体都没有因摩擦而明显改变，但它们的行为肯定与摩擦前不同。使这些材料相互吸引或排斥的任何变化都是不可见的。

一些实验者推测，在摩擦过程中，无形的“流体”正在从一个物体转移到另一个物体，并且这些“流体”能够在一定距离内产生物理力。 Charles Dufay 是早期实验者之一，他证明了通过将某些对的物体摩擦在一起肯定会产生两种不同类型的变化。这些材料中表现出不止一种类型的变化这一事实可以通过产生两种类型的力这一事实来证明：吸引力 和排斥 .假设的流体转移被称为电荷 .

一位先驱研究人员本杰明富兰克林得出的结论是，摩擦物体之间只有一种流体交换，两种不同的“电荷”只不过是一种流体的过量或不足。在用蜡和羊毛进行试验后，富兰克林建议粗羊毛从光滑的蜡中去除了一些这种看不见的液体，导致羊毛上的液体过多而蜡上的液体不足。由此产生的羊毛和蜡之间流体含量的差异会引起吸引力，因为流体试图在两种材料之间恢复其先前的平衡。

假设存在通过摩擦获得或损失的单一“流体”最能说明观察到的行为：所有这些材料在摩擦时整齐地分为两类之一，最重要的是，两种活性材料相互摩擦其他总是落入对立的类别 正如他们对彼此不变的吸引力所证明的那样。换句话说，从来没有两种材料相互摩擦两者 变成正面或负面。

在富兰克林推测羊毛会从蜡上擦掉一些东西之后，与摩擦蜡相关的电荷类型被称为“负”（因为它应该缺乏液体）而与摩擦相关的电荷类型羊毛被称为“阳性”（因为它应该含有过多的液体）。殊不知，他天真无邪的猜想，会给日后学电的同学带来很多困惑！

1780 年代，法国物理学家查尔斯·库仑使用一种称为扭转天平的装置对电荷进行了精确测量。 测量两个带电物体之间产生的力。库仑的工作成果导致了以他的名字命名的电荷单位的发展，库仑 .如果两个“点”物体（没有明显表面积的假设物体）被等量地充电到 1 库仑，并且相距 1 米（大约 1 码），它们将产生大约 90 亿牛顿（大约 20 亿牛顿）的力磅），吸引或排斥取决于所涉及的费用类型。库仑作为电荷单位的操作定义（就点电荷之间产生的力而言）被发现等于约 6,250,000,000,000,000,000 个电子的过剩或不足。或者，反过来说，一个电子的电荷约为 0.00000000000000000016 库仑。由于一个电子是已知最小的电荷载体，因此电子的最后一个电荷数被定义为基本电荷 .

后来人们发现，这种“流体”实际上是由称为电子的极小物质组成的 ，以纪念古希腊语中的琥珀而命名：另一种材料在用布摩擦时表现出带电特性。

原子的组成

此后的实验表明，所有物体都由称为原子的极小“构建块”组成 并且这些原子又由称为粒子的较小成分组成 .构成大多数原子的三个基本粒子称为质子 , 中子 和电子 .虽然大多数原子具有质子、中子和电子的组合，但并非所有原子都具有中子。一个例子是氢 (Hydrogen-1) 的质子同位素 (1H1)，它是最轻、最常见的氢形式，只有一个质子和一个电子。原子太小而无法看到，但如果我们能看一看，它可能看起来像这样：

尽管一块材料中的每个原子都倾向于作为一个单元结合在一起，但在电子和位于中间的质子和中子簇之间实际上有很多空隙。

这个粗略的模型是元素碳的模型，有六个质子、六个中子和六个电子。在任何原子中，质子和中子都非常紧密地结合在一起，这是一个重要的品质。原子中心的质子和中子紧密结合的团块称为原子核 ，原子核中的质子数决定了它的元素特性：改变原子核中的质子数，你就会改变它的原子类型。事实上，如果你能从一个铅原子的原子核中取出三个质子，你就实现了老炼金术士制造金原子的梦想！原子核中质子的紧密结合是化学元素稳定身份的原因，也是炼金术士未能实现梦想的原因。

与质子相比，中子对原子的化学特性和特性的影响要小得多，尽管它们与原子核一样难以添加或移除，因为它们被紧密结合。如果添加或获得中子，原子仍将保持相同的化学特性，但其质量会略有变化，并可能获得奇怪的核 放射性等特性。

然而，与质子或中子相比，电子在原子中移动的自由度要高得多。事实上，它们被撞出各自的位置（甚至完全离开原子！）所消耗的能量远小于在原子核中驱逐粒子所需的能量。如果发生这种情况，原子仍保留其化学特性，但会发生重要的不平衡。电子和质子的独特之处在于它们在一定距离内相互吸引。正是这种距离上的吸引力导致了摩擦物体之间的吸引力，其中电子从它们的原始原子移开，停留在另一个物体的原子周围。

电子倾向于在一定距离内排斥其他电子，就像质子与其他质子一样。质子在原子核中结合在一起的唯一原因是一种称为强核力的更强的力 这仅在非常短的距离内有效。由于单个粒子之间的这种吸引/排斥行为，据说电子和质子具有相反的电荷。也就是说，每个电子带负电荷，每个质子带正电荷。一个原子内的数量相等，它们相互抵消，因此原子内的净电荷为零。这就是为什么碳原子的图片有六个电子：平衡原子核中六个质子的电荷。如果电子离开或额外的电子到达，原子的净电荷将不平衡，使原子整体“带电”，使其与附近的带电粒子和其他带电原子相互作用。中子既不会被电子、质子甚至其他中子吸引或排斥，因此被归类为完全不带电。

电子到达或离开的过程正是当某些材料组合摩擦在一起时发生的情况：来自一种材料原子的电子被摩擦迫使离开它们各自的原子并转移到另一种材料的原子上。换句话说，电子构成了本杰明富兰克林假设的“流体”。

什么是静电？

物体之间这种“流体”（电子）不平衡的结果称为静电 .之所以称为“静态”，是因为移位的电子在从一种绝缘材料移动到另一种绝缘材料后往往保持静止。在蜡和羊毛的情况下，通过进一步的实验确定，羊毛中的电子实际上转移到了蜡中的原子上，这与富兰克林的猜想正好相反！为了纪念富兰克林将蜡的电荷指定为“负”而羊毛的电荷为“正”，据说电子具有“负”电荷影响。因此，原子接收到过剩电子的物体被称为负 带电，而原子缺乏电子的物体被称为正 收费，就像这些名称看起来一样令人困惑。到发现带电“流体”的真正本质时，富兰克林的电荷命名法已经非常成熟，不容易改变，所以一直沿用至今。

迈克尔·法拉第 (Michael Faraday) 证明 (1832) 静电与电池或发电机产生的静电相同。在大多数情况下，静电是一种滋扰。黑色粉末和无烟粉末添加了石墨，以防止因静电而着火。它会损坏敏感的半导体电路。虽然可以生产由静电的高电压和低电流特性驱动的电机，但这并不经济。静电的少数实际应用包括静电印刷、静电空气过滤器和高压范德格拉夫发生器。

评论：

• 所有材料都由称为原子的微小“积木”组成 .
• 所有天然存在的原子都包含称为电子的粒子 , 质子 , 和中子 , 除了氡同位素 (1H ¹ ) 的氢。
• 电子带有负 (-) 电荷。
• 质子带有正 (+) 电荷。
• 中子不带电。
• 电子比质子或中子更容易从原子中脱离。
• 原子核中质子的数量决定了它作为独特元素的身份。

相关工作表：

• 静电工作表
• 原子结构工作表