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1、摩擦起电的应用摘要：本文主要围绕摩擦起电绽开阐述，首先介绍什么是摩擦起电，之后简要介绍了摩擦起电 的缘由，然后对如何采用摩擦起电提出了一些设想，最终对这些设想的应用前景进行了简洁 的展望。关键词：摩擦起电发电应用摩擦起电是生活中常见的一种现象，如在干燥的天气脱毛衣会听到稍微的嘛啪声，化纤 做的衣服特殊简洁沾上灰尘，用塑料梳子梳头时头发会飘起，用被毛皮摩擦过的塑料棒靠近 纸屑时纸屑会被吸起。那么什么是摩擦起电呢？摩擦起电是电子由一个物体转移到另一个物体的结果，使两个物体带上了等量的电荷。 得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电。物理学上规定丝绸摩擦过的玻璃棒带的电 荷叫正电荷，用毛皮摩擦过的
2、橡胶棒带的电荷叫负电荷。尽管人们早就熟悉到摩擦起电这一现象，但对这一现象的解释时至今日仍没有一个令人 满足的答案。从原子物理的角度来考虑，任何物体都是由原子构成的，而原子由带正电的原子核和带 负电的电子所组成，电子围着原子核运动。在通常状况下，原子核带的正电荷数跟核外电子 带的负电荷数相等,原子不显电性，所以整个物体是中性的。原子核里正电荷数量很难转变， 而核外电子却能摆脱原子核的束缚，转移到另一物体上，从而使核外电子带的负电荷数目转 变。当物体失去电子时，它的电子带的负电荷总数比原子核的正电荷少，就显示出带正电; 相反，原来是中性的物体，当得到电子时，它就显示出带负电。当两个物体相互摩擦时，
3、由 于不同物体的原子核束缚核外电子的本事不同，所以其中有一个物体失去一些电子，另一个 物体得到多余的电子，于是两个物体带上等量异种电荷。这种学说可以很好的解释不同种物体相互摩擦带电的现象,但试验表明即使是相同的材 料相互摩擦也会发生电子的转移。针对这种结果人们又提出了介质污染等说法，但均未得 到科学界的广泛认可，这里并不准备深化争论这个问题，此处也不多加叙述。我们关怀的是，能否采用这种机制来做些什么。E阂电期一 露片一受助外一仪由电叫 i机统球片图1林桃息空电明图21880年，英国创造家詹姆斯维姆胡斯特创造了静电感应起电机（如图1）,转动摇柄,使圆盘转动，电刷接触起电，正负电荷分别储存在两侧的
4、莱顿瓶中。由于两莱顿瓶集聚不同 种电荷，在两放电小球上就会被感应出不同种电荷，当两小球靠近时就会因放电而产生电火 花。1928年，美国的范德格拉夫创造了可以产生上万伏高压的起电机（原理图如图2）,其 产生的高电势可以加速带电粒子，在核物理争论及半导体集成电路制造工艺中有着广泛的应 用。静电感应起电机和范式发电机虽然都可以产生较高的电压，但是输出电流很小，不能连 续输出，体积浩大，不能作为小型电子器件的能源。如下左图所示，我们给A,B两个物体加上金属电极，并通过外电路连接起来。两物体原 本不带电，电路中也没有电流。发生接触时，二者的内表面摩擦起电，但是上下两个面的卖 弄电荷数量相等，电路中仍没有
5、电流通过。当把两个物体渐渐移开，电极上感应出异种电荷， 电子移动形成电流。当A,B再次接触时，电子从A流向B。这样电子在外电路中随着两个物 体的接触和分别来回流淌，产生了沟通电。将上述装置做些许改动，如下右图所示，原理相同，当二者来回发生相对滑动时，电路 中便产生了沟通电。我们甚至可以这样做，将B极板接负载后直接接地，那么上方的带电体 靠近和远离时，电极与接地端之间便会有电流来回流淌。更进一步的，我们是否可以将滑动 的轨迹设计成圆形，那么便可以省去移动与复位的过程，且始终有感应电流的产生。上述的原理在实际应用中是否会产生一些问题，比如电极的移动需要外力做功，若是发 出的电功率过小，是否会得不偿
6、失，亦或者这样的发电机可以解决前面静电感应发电机和范 式发电机不能应用于小型电子器件的问题吗？事实上，目前已经美国等我国包括中国在内已经争论出了摩擦纳米发电机，单从发电机 的单位输出功率上来比较的话，传统的电磁发电机为0.36W/m3,而摩擦纳米发电机为 3.11W/m3,也就是说，摩擦纳米发电机在发电效率上丝毫不逊色于传统发电机，甚至在肯定 程度上更胜于传统发电机。我们可以想象在将来这种发电机的应用前景。假如将摩擦纳米发电机结合到传感器中, 那么便可以解决始终以来困扰人们的为传感器换电池的问题了。也可以将这种设施装在展览 馆或商店的地毯中，就可以知道某个展品或某个商品前有多少人走过了，甚至在那里逗留了 多少时间。再比如，将此项技术应用于文物爱护，那么只要盗贼移动展品，那么这个动作所 产生的电流就足以触发报警设施了。我们有理由信任，在不远的将来，这项技术将会为我们 的生活带来巨大的便利。