摩擦起電的原因是什么?要解釋摩擦起電現(xiàn)象,需要知道一些關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識(shí).
原子結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)科學(xué)家世世代代的研究,現(xiàn)在已經(jīng)認(rèn)識(shí)到,一切物質(zhì)都是由分子構(gòu)成的.分子又是由原子構(gòu)成的。
例如,水是由水分子構(gòu)成的,水分子是由兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子構(gòu)成的。分子和原子都是很小的微粒。不但用眼睛看不到,用一般的顯微鏡也看不到。把原子看作球形,一般原子的半徑只有10-10米左右。設(shè)想把1億個(gè)氫原子一個(gè)挨著一個(gè)地排成一行,也只有幾厘米長(zhǎng)。
直到19世紀(jì)末時(shí),人們還以為原子是組成物質(zhì)的最小微粒,不能再分。1897年英國(guó)科學(xué)家湯姆生1856~1940)發(fā)現(xiàn)了比原子小得多的帶負(fù)電的粒子——電子,并且實(shí)驗(yàn)證明了電子的普遍存在,它是比原子更基本的物質(zhì)單無(wú),從此揭示出原子是具有結(jié)構(gòu)的。
原子是由位于中心的原子核和核外的電子組成的。原子該比原子小得多,原子核的半徑相當(dāng)于原子半徑的十萬(wàn)分之一。如果把原子比作直徑為100米的大球,原子標(biāo)則相當(dāng)于一粒綠豆的大小,原子核的質(zhì)量比電子大得多,幾乎集中了原子的全部質(zhì)量。
原子該帶正電,電子帶負(fù)電,電子在原子核的電力吸引作用下,在核外繞核運(yùn)動(dòng)。原子的這種結(jié)構(gòu)稱為核武結(jié)構(gòu),它同太陽(yáng)系中各行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的情形有些相似。
電子是帶有最小負(fù)電荷的粒子,人們已經(jīng)知道這個(gè)最小電量為1.6x10-19庫(kù)侖,并把它稱作元電荷,常用符號(hào)e來(lái)表示它。任何帶電體所帶的電量都是e的整教倍,你算一算,多少個(gè)電子所帶的電量等干1庫(kù)侖。在通常情況下,原子該所帶的正電荷與核外電子總共所帶的負(fù)電荷在數(shù)量上相等,整個(gè)原子是中性,也就是對(duì)外不顯示帶電的性質(zhì)。不同物質(zhì)的原子,原子核所帶的電量并不相同,該外電子的數(shù)目也不相同。氫原子的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單,原子該帶有1個(gè)基本電荷的電量,核外只有1個(gè)電子。氧原子該帶有8個(gè)基本電荷的電量,核外有8個(gè)電子(圖4-4)。
摩擦起電的原因在通常情況下,原子是中性的,由原子組成的物體也呈中性。那么,當(dāng)兩個(gè)物體互相摩擦的時(shí)候,為什么物體能帶電呢?原來(lái)不同物質(zhì)的原子核束縛電子的本領(lǐng)不同。兩個(gè)物體互相磨擦?xí)r,哪個(gè)物體的原子核束縛電子的本領(lǐng)弱,它的一些電子就會(huì)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上;失去電子的物體因缺少電子而帶正電,得到電子的物體因?yàn)橛卸嘤嚯娮佣鴰У攘康呢?fù)電。
可見,摩擦起用并不是創(chuàng)造了電荷,只是電行從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體,使正負(fù)電荷分開。