静电学解析：摩擦材料如何产生电荷
现代物理学之前，科学家观察到某些材料摩擦后相互吸引。例：丝绸摩擦玻璃使两表面粘连，分离后吸引力持存。
玻璃丝绸非唯一呈此行为材料。刷乳胶气球摩擦头发知气球粘头发。早期实验者也注意石蜡摩擦羊毛产生类似吸引。
现象更引人入胜当研究者发现相同材料经各自布料摩擦后总相互排斥。
进而，摩擦丝绸玻璃吸引摩擦羊毛石蜡。
所有显示吸引排斥材料可分两类：被玻璃吸引排斥石蜡者，和被玻璃排斥吸引石蜡者。从未发现材料同时被两者吸引或排斥。
关注转向摩擦用布。两玻璃片用两丝绸布摩擦导致玻璃和布均相互排斥。羊毛摩擦石蜡现同模式。
值得注意的是这些物体摩擦后无可见变化，却相互作用剧变。底层变化不可见。
早期科学家推测摩擦间转移不可见“流体”，远距离施力。Charles Dufay 首证摩擦产生两截然效应——吸引排斥，引出电荷概念。
Benjamin Franklin 提出单一流体在摩擦物间交换，两观测电荷仅为该流体过量或不足。石蜡羊毛实验暗示羊毛从石蜡取走流体，羊毛获过量石蜡成不足，从而产生吸引因流体求再平衡。
Franklin 假设解释为何所有摩擦材料落入两对立类别且总相互吸引。他命名石蜡电荷“负”（不足）、羊毛“正”（过量），术语沿用至今。
1780s，法国物理学家 Charles Coulomb 用扭秤量化电荷，建立单位“库仑”。两 1 C 点电荷 1 m 距离施力约 9 × 109 N（≈ 2 × 109 lb）。一库仑约等 6.25 × 1018 电子，基本电荷 ≈ 1.60 × 10-19 C。
后续研究揭示此“流体”实为电子——以希腊语琥珀命名微粒，摩擦琥珀亦显电荷。
原子组成
所有物体由原子组成，原子含质子、中子、电子。多数原子含三粒子，但如氕 (¹H¹) 仅单质子电子。虽不可见，原子可想象为密集核被稀疏电子包围。
核与电子间有大量空间。核——紧结合质子中子——决定元素身份：改变质子数改变元素，如炼金术士曾望铅变金。
中子影响质量并可致元素放射性，但不影响化学行为。电子相对低能易移除或添加。电子离入原子时，正（质子）负（电子）电荷平衡移，致原子整体带电。
原子中质子电子距离吸引，同性电荷排斥。强核力极短程内结合质子中子于核。因电子负电荷质子正电荷，等数各致原子中性。多或少电子产生净电荷，使原子与其他带电粒子相互作用。
两材料摩擦时，电子从一者转移至另一者——正是 Benjamin Franklin 描述的“流体”。
什么是静电？
静电产生于电子在物体间分布不均。“静态”反映位移电子主要停留绝缘体表面。实验显示电子从羊毛移至石蜡，反 Franklin 原假设。电荷称谓——负为电子过量、正为电子不足——沿用至今。
1832 年 Michael Faraday 证静电本质上同电池发电机电。虽常视为麻烦，静电可损坏半导体电路并引燃易燃粉尘。然在静电复印、静电空气过滤、范德格拉夫发电机有实际用途。
复习：
- 所有材料由原子组成。
- 原子含质子、中子、电子，氕同位素除外。
- 电子负电荷，质子正电荷，中子中性。
- 电子比质子中子更易移除添加。
- 质子数定义元素身份。
相关练习：
- 静电学练习题
- 原子结构练习题
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