在科学中,有几个比较有趣的现象,例如用丝绸摩擦过的玻璃棒可以带正电荷,用毛皮摩擦过的硬胶棒可以带负电荷,甚至在干燥的冬天季节里,用胶梳子梳头发时,胶梳子也能产生静电而吸引头发。这又是为什么呢?
这就是我们常说的摩擦起电现象,在摩擦起电的过程中,玻璃棒中的电子转移到了丝绸上面,玻璃棒失去电子后就显现出正电荷,因此,摩擦起电既没有创造电荷,而是电荷从一个物体转移到了另一个物体,在电荷转移的过程中,总的电荷量不变,这个定律就叫做电荷守恒定律。那么,为什么被摩擦过的金属棒就不带电呢?
我们知道,金属帮本来就是导体,它里面有大量的自由移动电子,于是给金属棒通上电后,电子就会朝朝着一个方向移动,从而形成电流。那么,既然金属棒中有自由电子,难道金属棒中的自由电子不是更容易移动吗?更容易转移到别的物体上吗,从而使金属棒带上正电才对啊!
可无论你怎么在丝绸上摩擦金属棒,可金属棒就是不带电。对于这个现象,其实可以从金属的本质来说起。正是由于金属棒中存在着大量的自由移动的电子,当金属棒被摩擦带电后,自由移动的电子就会去补充,从而总是让金属棒的电压为零,所以,摩擦过的金属棒是不带电的。
关于摩擦起电还有一个有趣的现象,就是你用中性笔的胶笔筒摩擦头发后,再用被摩擦过的胶笔筒去吸引碎纸片时,发现碎纸片会被吸附在胶笔筒上,因此,我们得出了这么一个结论,即摩擦起电的物体能够吸引细小的物体,例如灰尘,碎纸片等等。
在进一步研究电荷之间的引力时,一位科学家库伦通过扭称实验得出了一个规律,即真空中两个电荷之间的作用力跟它们电荷量的乘积成正比,跟它们距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上,这就是著名的库伦定律,这个力就被称为库仑力或电力,用公式表述为F=KQ1Q2/R²。
在公式中,K为静电力常数,Q1、Q2为点电荷的电荷量,R为点电荷之间的距离。当两个电荷都为正电荷或负电荷时,两个电荷之间的作用力就表现为斥力,当两个电荷中有一个为正电荷,另一个为负电荷时,两个电荷之间的作用力就表现为引力。
单从这个式子来看,有没有发现电荷之间的库仑力跟物体之间的万有引力有很多相似之处呢?万有引力公式为F=GMm/R²。因此,很多人猜测库仑力与万有引力其实是力在不同场内的不同表现形式,甚至物体之间的间接作用力都可以用类似的公式套出来,虽然这目前处于猜想阶段,但这必然会引发新一轮的科学探索。