工業生產和日常生活中,摩擦起電是極為普遍的現象。然而,摩擦帶電離不了接觸、摩擦、分離這三個過程,下面簡述之。
(一)帶電的三個過程
1.接觸——電荷轉移
兩種不同物體接觸,當接觸界面間距小于25×10-8cm(埃數量級)時,在界面上發生電荷轉移,形成所謂的“偶電層”,即界面一側帶負電,另一側帶正電。如圖1所示。
圖1 物體接觸時偶電層的形成及電荷轉移
2.摩擦——起電
接觸物體在外力作用下作相對位移時,“偶電層”兩側的電荷從“偶電層”中分離出來并隨各自的物體帶走,物體的電荷平衡受到破壞。摩擦物體雙方將各自帶上極性相反電量數值相等的電荷。
3.分離——電荷積累、呈帶電狀態
摩擦起電的物體分離時,接觸界面的電荷也產生分離,見圖2。極性相反的電荷會互相吸引、結合、中和,并從物體的表面、體內或空間泄漏、消散。這種靜電的起電和消散是同時發生、進行的。泄漏、消散速度的快慢因材料不同而不同,有的很快,有的則很慢。泄漏、消散慢的物體會造成電荷過剩,當產生的電荷多于泄漏、消散、中和的電荷時,會引起電荷積累,使物體呈帶電狀態。即所謂的帶靜電。同時,電荷積累的多少與物體分離的速度也有密切的關系。因為,界面分離時,界面間隙中的電場增強而產生部分電荷的中和,分離速度越快,電荷積累越多。
圖2 伴隨著物體分離的電荷分離
(二) 靜電帶電的本質
物質摩擦帶電的本質是物體中少量雜質的作用。因此,
1.純凈的物質是不會產生靜電的,自然不會帶電。
2.含有大量雜質的物質,也會呈不帶電狀態,因為即使產生靜電也會很快中和或消散掉。
3.唯獨含有少量雜質的物質,摩擦起電大、也不易中和、泄漏、消散,造成電荷積累,成為帶電的物體。物質的電阻率在1010~1015Ωcm范圍時,容易產生靜電,且不易泄漏。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、賽璐珞等塑料,其電阻率在1010~1015Ωcm范圍,易帶靜電。