炎炎夏日,你会怀念冬季的它吗?

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编者按:天气这么热,我好怀念冬天。今天贴心的小编就给大家找一篇文章,让大家在吹着空调吃西瓜之余,重温去年冬天被静电伤害的日子(真是残忍)。也许想到冬天的静电,你就会觉得夏天比较好,瞬间不觉得热了呢?

作者:Sebastian Deffner

翻译:山寺小沙弥

审校:Alex Yuan

静电是我们日常生活经常会遇到的物理现象,它无处不在,有时候它很明显而且很有趣,比如它会让人“怒发冲冠”;有时候它很有用却又很隐蔽,如手机中的电子元器件就离不开它。干燥的冬季是静电“高发”季节,此时的静电很令人讨厌——当你触碰门把手或者从烘干机中拿出烘干好的衣服时,你经常会被电到,有时候你还能看到微小的火花(夜里脱毛衣效果更佳)。

静电使人“怒发冲冠”

静电是人们观察和描述的最古老的科学现象之一,最早的记载可以追溯到古希腊米利都的哲学家泰勒斯生活的时期。在他的著作中提到:“如果把琥珀磨得足够硬,那么细小的尘埃颗粒就会粘在琥珀上。”300年后,泰奥弗拉斯托斯用泰勒斯的方法,对多种石头进行了打磨,同样观察到这些石头存在着吸引力。但是这些自然哲学家们并没有对他们观察到的现象给出一个令人满意的解释。

直到两千多年后,英语单词中“electricity”的出现(基于拉丁文中的“electricus”,意思是“像琥珀一样”),才标志着人们对于静电现象有了一定的了解。本杰明·富兰克林进行了一些著名的实验,他试图了解电的原理和机制。人们很快就意识到了电的潜在用途。

当然,在18世纪,人们大多利用静电进行魔术展示和其他表演,如斯蒂芬·格雷深受大家喜欢的魔术“飞行男孩实验”:用丝绳将男孩悬挂起来,通过莱顿瓶对这位男孩进行“充电”,然后向大家展示,这位男孩如何利用静电翻书或举起小物体。

魔术“飞行男孩实验”

基于富兰克林的看法——他认为电荷有正负之分,并且电荷是守恒的——我们现在已经可以从原子层面解释为什么会发生静电吸引,为什么静电可以产生电火花,同时我们也能“迫使”这个讨厌的家伙为我们的现代技术做出贡献。

这些微小的火花是什么?

静电的产生可以归结与电荷之间的相互作用力。从在原子尺度上讲,电子携带负电荷。大多数的电子都堆积在物质中,不管它是坚硬的、无生命的石头,抑或是你身体中柔软的生物组织。但是,电子也存在于材料的表面。不同的材料,对其表面的电子具有不同的束缚力,如果两个不同的材料相互摩擦,那么束缚力较弱的材料表面的电子就会转移到束缚力较强的材料上。

这种电子的转移,就会产生我们经常会在静电现象中看到的电火花。现实生活中有许多和静电相关的例子,如小孩子滑滑梯,脚在地毯上摩擦,脱下羊毛手套和别人握手等。

但是,我们注意到,静电现象频发于冬季干燥的月份,此时的空气湿度非常低。干燥的空气可以视为绝缘体,而潮湿的空气可以充当导体。在干燥的空气中,电子被束缚在材料的表面,具有较强的束缚力,和空气潮湿时的状况截然不同,由于此时的空气是绝缘体,因此电子无法找到合适的回路再次回流到表面,也无法再次使电荷均匀分布。

当一个负电荷过剩的物体靠近一个拥有较少负电荷的物体时,就会产生静电火花,而那些过剩的电子就会发生“跳跃”。电荷会积累,而积累的电荷在你接触到另一个物体时就会释放,如当你走过羊毛毯之后,触碰门把手。

触碰门把手,小心被电到哦

当电子无处可去时,它们会堆积在材料表面,直到临界值之后以极小的闪电的方式放电。给电子一个去处,如你伸开的手指,你就会感受到电击。

微小火花的力量

虽然静电很烦人,但是通常情况下,静电的电荷量很少,而且对人体没有很大的伤害。静电的电压可达典型的电源插座电压的100倍,然而我们不必担心这样的高电压,因为电压只是衡量不同物体间的电荷差。真正危险的其实是电流,它代表着单位时间内电子流动的数目。通常情况下,在静电现象中,只有少量的电荷发生转移,因此它对人体是没有伤害的。

但是,这些小小的火花对一些敏感的电子元器件来说却是毁灭性的,如组成电脑硬件的元器件。少量电荷组成的电流就足以击穿这些元器件,这也是电子行业的从业者必须保持“接地”的原因。接地意味着与地面与人体通过导体连接,电子就会通过人体和导线流进大地。通过触摸金属部件或者手握钥匙,就可以轻松让自己“接地”。金属是非常好的导体,所以电子非常乐意跑到那里去。

更严重的威胁是在可燃气体附近放电。这也是为什么在加油站给汽车加油之前,需要先使自己“接地”放电的原因,你肯定不希望“星星之火”燃尽整个加油站。你可以用广泛应用于电子行业中的防静电手环,将它戴在手上,与地接通,就可以防止静电对敏感元器件的伤害,起到保护作用。

防静电手环

在日常生活中,减少静电产生的最好方法,就是用加湿器提高空气湿度。此外,使用润肤霜保持皮肤湿润也能有效减少电荷堆积。洗衣服的时候,可以适当放入一些柔顺剂,,柔顺剂会减少纤维织物之间的摩擦,减少纤维表层电阻,防止电荷聚集,达到防止静电的效果。同理,你也可以在毛毯上涂上一些柔顺剂。还有一点,如果你经常因为静电而烦恼,不妨褪去身上的羊毛衣和胶鞋,换上棉质衣服和皮鞋。

静电的利用

虽然静电会给我们带来麻烦,并具有一定的危害,但在很多时候,静电也有它的好处。

生活中的一些设备离不开静电的帮助。例如,在打印机和复印机中,通过静电吸引,喷墨颗粒跳到纸上。空气清新剂不仅能使房间充满香气,而且它还能通过静电吸附空气中难闻气味的气体分子,从而掩盖臭味。

烟囱中的带电板

同样的,现在很多工厂在烟囱中放置带电板,这样能减少污染。当烟雾颗粒向上飘动时,由于电板上有电荷积累,因此可以吸引细小的粉尘。最后,将这些颗粒加以处理,就能减少很多污染物。

静电也在纳米技术中得到了应用,例如,用激光束来提取单个原子,这些原子在不同的计算应用中可以发挥不同的作用。静电在纳米技术的另一重要应用是控制纳米球,通过静电,可以使其处于膨胀或者折叠状态。有朝一日,这些“分子机器”可以向身体内的特定组织提供药物治疗。

通过静电可控制纳米材料处于膨胀或折叠状态

静电现象已经发现了两千多年了,它是一种神奇的现象,虽然它有时候很令人讨厌,但是它对我们的日常生活是十分重要的。

原文链接:

https://theconversation.com/static-electricitys-tiny-sparks-70637

编辑:山寺小沙弥


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