靜電

物理學電學

引言

靜電在日常生活中應用廣泛，從物體間的吸引到物體間的排斥。靜電通常在物體接觸時產生。由於電子在物體間的吸引過程中保持靜止，因此會產生靜電。空氣中多餘的離子可以顯示靜電離子。簡單來說，當兩個物體彼此之間產生吸引力時，就會產生靜電。

什麼是靜電？

靜電是一種常見的電現象，帶電粒子從一個物體轉移到另一個物體。當正電荷和負電荷不平衡時，由於兩個物體彼此吸引，就會產生靜電（Allaboutcircuits，2022）。在靜電產生過程中，中子和質子大多靜止不動，但電子在物體之間轉移。

圖1：兩個物體之間的靜電

例如，如果絲綢布摩擦玻璃棒，它們會粘在一起。這裡，這兩個物體之間產生了一種吸引力，使它們粘在一起。儘管是兩種完全不同的材料，但玻璃棒和布由於靜電這種電現象而粘在一起。

靜電的特性

靜電有一些獨特的特性，使其與眾不同。這種型別的電力主要由於物體正電荷和負電荷的不平衡而產生。由於其特性，靜電可以定義為絕緣體和導體。

例如，當頭發粘在羊毛帽上時，頭髮和羊毛帽之間會產生靜電。此外，靜電現象在乾燥季節很常見，因為空氣中的水分會阻礙電子的轉移（Kim, Kim & Jeong, 2018）。

由於不同物體之間能量的釋放，靜電不能持續產生。它只能在靜止或恆定狀態下產生。

靜電積累的型別

當電荷在接觸的兩個物體之間交換時，就會發生靜電積累。這種積累可以細分為三種不同型別：接觸式、摩擦式和脫離式靜電積累。

接觸式靜電積累

當兩個不同的物體接觸，並且這些物體的電子相互轉移時，就會發生這種靜電積累現象。

Contact Static Build-up of static electricity

圖2：靜電的接觸式靜電積累

當這兩個物體之間的電荷轉移完成後，這些物體之間就會立即接觸（Keyence，2022）。這種積累是透過物體分離和接觸產生靜電的原因。

摩擦式靜電積累

在摩擦式靜電積累的情況下，當兩個物體之間發生摩擦時，就會產生靜電積累。由於摩擦，這兩個物體似乎在它們之間交換電荷，從而產生靜電 (Suma et al. 2018)。接觸面積越大，靜電相應地增加。

圖3：摩擦式靜電積累

脫離式靜電積累

在這個脫離式靜電積累部分，當去除保護膜和粘合步驟的物品時，會產生靜電。在去除膠帶或薄膜時，會發生電荷交換。

圖4：脫離式靜電積累

靜電的產生器

靜電可以透過許多過程產生；然而，主要原因包括兩個物體之間接觸和分離的概念，例如在摩擦時看到的。熱量的快速變化可能會產生靜電，這在微波爐中可以看到，來自熱能的輻射，例如紫外線、X射線會導致電力的產生（Allaboutcircuits，2022）。然而，這些現象在工業中被注意到。透過切割和感應的作用也會產生靜電。例如，切割作用在板材切割機中可見，而感應作用則在電場中站立時被注意到。

靜電的用途

靜電的應用在現代科學領域很常見，包括超級電容器、雷射印表機和影印機（Livescience，2022）。然而，它也用於壓電材料、製造晶體麥克風以及靜電噴漆和沉澱器中的塗料。

結論

在本教程中，重點介紹了通過幾種過程產生靜電的概念。在日常生活中，我們確實會遇到一些與靜電相關的現象，例如由於帶電雲之間電荷交換而產生的閃電和雷聲。

常見問題

Q1. 開發靜電發生器使用了哪些兩種方法？

靜電發生器用於產生靜電，然而，靜電是透過將摩擦轉化為電力而產生的。有兩種可能的方法用於產生靜電，包括渦輪電效應和與靜電力相關的感應。當兩個物體彼此靠近時，就會發生渦輪電效應，導致它們之間電荷的轉移。

Q2. 閃電現象期間產生什麼型別的電力？

在閃電發生期間，會產生靜電。靜電的產生是由於原子粒子的交換，因此導致產生極短時間的能量產生。這導致了閃電現象的發生。

Q3. 用於測量靜電的裝置有哪些？

靜電不能使用模擬或數字儀表測量；然而，金箔驗電器是測量靜電大小的唯一儀器。

參考文獻

期刊

Kim, D. W., Kim, S. W., & Jeong, U. (2018). 關於脂類：再生天然物質的靜電來源和無損能量收集。先進材料，30(52), 1804949。檢索自：http://home.skku.edu/~nesel/paper%20files/225.pdf

Suma, K., Sadia, I. W., & Pujani, N. M. (2018). 關於調查12年級學生對靜電概念的預備知識。國際環境與科學教育雜誌，13(2), 163-172。檢索自：http://www.ijese.net/makale_indir/IJESE_2016_article_5a9bfc903dd2f.pdf