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GCSE 科學/靜電

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GCSE 科學/電學


你有沒有注意到脫下毛衣時發出的噼啪聲?你有沒有注意到梳頭後頭發粘在臉上的情況?還有,氣球摩擦後粘在牆上的現象?所有這些現象都是由靜電造成的。靜電是物質中電荷的不平衡。古希臘人首先注意到,當他們摩擦一塊琥珀時,它會吸引小紙片。琥珀的希臘語是elektron,我們從這個詞中得到了我們的電子和電的詞。

什麼導致靜電?

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通常,材料在電學上是中性的。這意味著它們沒有帶電。但這並不意味著材料內部沒有電荷。所有材料都是由原子構成的。原子是由稱為電子、質子和中子的粒子組成的。電子帶負電,質子帶正電,中子(正如你從名字中可以猜到的那樣)不帶電。材料部分由帶電粒子組成。當材料中電子和質子的數量相同時,材料就不會帶電。電子的負電荷正好抵消了質子的正電荷。

測試自己: Q1)鋰元素有三個質子。一箇中性的鋰原子必須有多少個電子?

在原子內部,質子和中子牢固地結合在原子核中。然而,電子被束縛得更鬆散。一些電子可以在表面找到,如果表面被摩擦,它們可以被摩擦掉。這種電子的去除會使原子中的質子比電子多。由於質子帶正電荷,它將帶正電荷。帶電的原子被稱為離子。

當你在毛衣上摩擦氣球時,一些電子從毛衣轉移到氣球上。毛衣會帶正電荷。

測試自己: Q2)氣球將帶什麼電荷?

兩種電荷如何表現?

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毛衣帶正電,氣球帶負電。氣球粘在毛衣上。這是因為異種電荷相吸。如果你拿兩個氣球,都帶負電,把它們放在一起,你會發現它們會相互排斥。這是因為同種電荷相斥

測試自己 Q3)看看上面的氣球。左邊的兩對氣球相互排斥。右邊的兩對氣球相互吸引。請注意,每一對氣球中有一個氣球帶負電荷。另外兩個氣球上的電荷符號(正或負)是什麼?

火花四濺!

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當積累的電荷量足夠大時,就會產生火花。火花只是電子透過空氣的流動。這有時非常危險。例如,流經管道中的汽油可以透過摩擦獲得電荷。如果產生火花,它可能會點燃汽油。出於這個原因,管道要接地。接地意味著用銅線將管道連線到地面。與空氣不同,銅是極好的導電體。電子可以輕鬆安全地流向地面,而不會產生火花。

有些裝置利用火花。范德格拉夫起電機由一個與橡膠或塑膠迴圈帶接觸的大金屬圓頂組成。當皮帶移動時,摩擦使它帶電;電荷在金屬圓頂上擴散,並在那裡積累,直到電荷量足夠大,足以產生火花。

在上面的圖中,一個女孩站在洗碗盆上,觸控一個范德格拉夫起電機。

測試自己 Q4)你認為洗碗盆的作用是什麼?

測試自己 Q5)解釋為什麼女孩的頭髮豎了起來(這可不是她的髮型,而是電荷的作用)

總結

  • 摩擦會導致電子從一種材料轉移到另一種材料。
  • 帶相同電荷的兩個物體相互排斥。
  • 帶相反電荷的兩個物體相互吸引。
  • 為了防止火花,將物體用金屬導體連線到地球,將其放電。
  • 為了產生火花,將物體絕緣。

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