让原来不带电的物体带上电的过程叫做起电的过程,常见的起电方式有三种:摩擦起电、接触起电、感应起电。
摩擦起电就是将两个不同的物体在一起相互摩擦,由于两个不同物体的原子核对核外电子的束缚能力不同,在摩擦过程中,一个物体会失去电子、另一个物体会得到电子。故而前面物体就带上了正电后面物体就带上了负电,由电荷守恒定律可知这两个物体的电量也一定是相等的。摩擦起电一般都选用绝缘物体来实验,是应为导体材料做这个实验即便两个物体带有了异种电荷,也因为导体的导电特性而使“产生的电荷”中和了。当然我们在选择摩擦物体时竟可能选择两者(原子核对核外电子束缚能力)差异大的材料,这样实验效果更好一些。也尽可能在干燥的天气下做实验,因为潮湿的空气容易导电,摩擦出现的一些电荷会很快地通过空气流走了。
接触起电就是将不带电的物体B和已经带电的物体A接触,接触分开后A的电量减少量,B也带上了与A电性相同的电荷。如果AB是材料形状完全相同的物体,最后AB会平分A 物体原来的电荷。所以接触起电结果一定是带有同种电荷,电量是否相等取决于两个物体的属性。接触起电还可以衍生出本来两个都带电的物体接触后分摊电荷的现象:两个完全相同的带电体接触后会平分原来的总电量(原来带同种电荷的是累加后平分,原来带异种电荷的是中和后在平分)。
感应起电的常见方法:让两个绝缘支架支持着A、B两个导体,再让AB两个导体相互接触。取带电体C靠近(不接触)A导体的一端,则A导体左端会带上C的异种电荷,B导体带C的同种电荷,且A、B所带的电量相等。这时用绝缘支架分开A、B,A、B就带上了等量异种电荷。
感应起电的实质是:静电平衡状态下导体上电荷的分布问题。因为处于静电平衡状态时(导体内部没有电荷定向移动),导体内部是没有净电荷(就是指 “多余”的正电荷或负电荷),所有净电荷只能分布在导体的表面;导体内部的电场处处为零(如果导体内部有一处电场不为零,则该处电荷就要定向运动)。也就是说,净电荷只能分布在导体表面(只有这样才能保证导体内部电场处处为零,才能是静电平衡状态)。
运用上述理论可以看出在感应起电中:A、B本来不带电,由于C电荷的靠近,C电荷在周围空间中激发了电场,AB就处于这个电场中,使得原来AB内部本来“电场处处为零”的平衡状态被打破了,AB上的电荷必须要重新分布,以保证AB内部电场再次保持处处为零的状态。也就是说AB两端“感应出来”的电荷在AB内部空间激发的电场要和C电荷在AB内部空间激发的电场处处相互抵消(等大反向)。又因为AB的总电荷量必须是零,故而AB两端只能是等量异种净电荷,在没有拿走C之前分开A、B,A、B就带了等量异种电荷。由上述分析可知,感应起电不一定要带电体C的存在,只要将AB放入一个外加电场中,AB就会被感应出“净电荷”。
弄清楚了三种起电方式后,我们可以做一个小游戏:用绝缘支架支撑着一个带负电的导体小球A,还有一个用过绝缘支架支撑的导体球B。我们用什么方法可以让B带上负电荷?用什么方法可以让B带上正电荷呢?
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