摩擦起電（英文：electrification by friction）是指兩種不同物體相互摩擦后分別帶有正電荷和負電荷的現象，這種現象也被稱為靜電現象。
摩擦起電是最早有記載的物理現象之一，其實質是電荷的轉移。在公元前六世紀左右，古希臘哲學家塞利斯便已記載了琥珀與布摩擦后能吸引草屑的現象。而后在中國的兩晉時期、明朝時期都有摩擦起電的相關記載。1660年，德國物理學家蓋里克制造了世界上第一臺摩擦起電機，由此，摩擦起電機成為人類研究電現象的重要基本工具。而后的十八、十九世紀，經過法國物理學家查利·庫侖和物理學家赫爾曼·馮·亥姆霍茲等人的實踐，由美國物理學家本杰明·富蘭克林提出了電荷的兩種屬性，即正電荷與負電荷。至現代，物理學家們對摩擦起電了解更加深入，并得知構成物質的本身就包括了帶電粒子，從而得出了摩擦起電的原因。
當兩個物體互相摩擦時，一些束縛得不緊的電子往往可以從一個物體轉移到另一個物體，于是原來電中性的物體由于得到電子而帶負電，失去電子的物體則帶正電，這就是摩擦起電的原因。
至現代，摩擦起電多應用于工業與生活方面。如科學家研究出靜電除塵器來進行除塵工作，且廣泛運用于冶金、煤氣、造紙等方面，而現代還會使用摩擦起電來進行茶葉的篩選。但同樣，摩擦起電也會帶來危害，如油罐車就可能因為摩擦起電引發爆炸。所以利用鐵鏈接觸地面，消耗電荷避免爆炸的危險。
簡史
現象發現
摩擦起電是最早有記載的物理現象之一，在公元前六世紀左右，古希臘哲學家塞利斯便已記載了琥珀與布摩擦后能吸引草屑的現象，而同時期的中國也發現了摩擦起電現象。公元一世紀，東漢思想家王充在《論衡》一書中記述了“頓牟掇芥”。其中，“頓牟”指玳瑁的甲殼亞門而“掇芥”的意思是吸引芥子之類的輕小物體。
在中國古代的兩晉時期，也有相關記載，如晉朝學者張華在《博物志》中記載：“今人梳頭、脫衣時，有隨梳，解結有光者，亦有咤聲。”《晉書·五行志》中也記載，晉永康元年（300年），司馬衷司馬衷納羊姓為后。羊氏入宮就寢，侍人為其解脫衣服，“衣中忽有火，眾咸怪之”，二者皆為摩擦起電現象。
明朝大臣張居正也曾記載摩擦起電現象：“凡貂裘及綺麗之服皆有光。余每于冬月盛寒時，衣上常有火光，振之迸炸有聲，如花火之狀”，即摩擦起電的現象，但在當時對電的本質亦無了解。
研究發現
1660年，德國物理學家蓋里克制造了世界上第一臺摩擦起電機，由此，摩擦起電機成為人類研究電現象的重要基本工具。但是一直未有對電荷進行清晰認識。1785年，法國物理學家查利·庫侖在《電力定律》一文中提出庫倫定律，該定律是電學發展史上的第一個定量規律。因此，電學的研究從定性進入定量階段。1779年，物理學家伏特在前人的基礎上提出摩擦起電是接觸效應產生的。1879年，物理學家赫爾曼·馮·亥姆霍茲在人們認識到物質特性的基礎上，繼承了伏特學說，對帶電原理作了新的說明：使兩種物體分離時能夠得到的電荷，必須是兩種物體接觸時偶電層的電荷。這個偶電層被分離時，在兩種物體的接觸面上如果保留著電荷的話，那么，就像簡單的平行板電容器那樣，靜電電容隨其間距的增大而減小，這個電荷顯示出高電位。這與前面的伏特學說結合在一起，就是伏特一亥姆霍茲假說。另外，美國科學家本杰明·富蘭克林將用絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷稱之為“正電荷”，用毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶的電荷稱之為“負電荷”。到了20世紀，物理學家柯恩提出，在與液體電介質接觸的固體電介質中，具有較高介電常數的一方帶正電，帶電量與介電常數的差成比例--這就是柯恩法則。隨后，經過若干的修正和補充，至現代，科學家們對電現象的本質也有了更深的了解，并且得知構成物質的本身就包括了帶電粒子，也得出了摩擦起電的原因。
原理
觀察實驗
人們對于電的認識最初來自摩擦起電。人們發現用絲綢摩擦過的玻璃棒和用毛皮摩擦過的硬橡膠棒都具有吸引輕小物體的性質，處于這種特殊狀態的物體就被稱為帶電體，或說物體帶上了電荷。使物體帶電叫作起電，用摩擦的方法使物體帶電叫做摩擦起電。
實驗發現，自然界中只存在兩種電荷。規定絲綢摩擦過的玻璃棒帶的電荷叫正電荷，用毛皮摩擦過的橡膠棒帶的電荷叫負電荷。電荷與電荷之間存在相互作用力，同號電荷相互排斥，異號電荷相互吸引。物體中所帶電荷的多少，叫做電量。根據物質的電結構可知，組成物質的原子是由帶正電的原子核和帶負電的電子所構成，通常原子核所帶的正電荷和所有核外電子帶的負電荷是相等的，原子呈電中性。所以，在正常情況下物體呈電中性。當由于某種原因破壞了物體的電中性（獲得電子或失去電子）狀態時，物體就帶上了負電荷或正電荷。
提出假設
根據伏特——赫爾曼·馮·亥姆霍茲假說及柯恩提出的學說，可把摩擦起電的機理分為三個種類。首先便是接觸起電過程：帶電符號被認為是這個過程產生的；其次就是分離起電過程：已接觸的兩個物體的分離過程。此時，伴隨著兩物體間電容的減少，電勢升高。這是決定帶電量多少的階段；最后便是摩擦的效果：摩擦實際上是兩個物體不同接觸點之間連續不斷的進行接觸與分離的過程。
本質認識
構成物質的本身就包括了帶電粒子，帶正電的質子和不帶電的中子構成原子核，核外有帶負電的電子。原子核的正電荷的數量與電子的負電荷的數量相同，所以整個原子對外表現為電中性。原子核內部的質子和中子被核力緊密地束縛在一起。核力來源于強相互作用，所以原子核的結構一般是很穩定的。核外的電子靠質子的吸引力維系在原子核附近。通常離原子核較遠的電子受到的束縛較弱，容易受到外界的作用而脫離原子。當兩個物體互相摩擦時，因為不同物體的原子核束縛核外電子的本領不同，一些束縛得不緊的電子必定可以從一個物體轉移到另一個物體，于是原來電中性的物體中，得到電子的物體帶負電，失去電子的物體則帶正電，這就是摩擦起電的原因。例如，用玻璃棒跟絲綢摩擦，玻璃棒的一些電子轉移到絲綢上，玻璃棒因失去電子而帶正電，絲綢因得到電子而帶著等量的負電。實驗表明：相互摩擦的兩個物體是同時帶電的，而且所帶的電荷等量異號。
相關定律
電荷守恒定律
在自然界中所觀察到的一切過程中，各個物體所帶的電荷可以改變，但參與此過程的所有物體所帶的電荷的總和是不變的，即電荷既不能被創造，也不能被消滅，它們只能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到另一部分，也就是說在任何物理過程中，電荷的代數和是守恒的，這就是電荷守恒定律。電荷守恒定律是從大量實驗中概括總結出來的自然界的基本規律，對宏觀和微觀都成立。它是物理學中重要的基本定律之一。例如，毛皮摩擦橡膠棒，毛皮失去電子帶正電，橡膠棒得到電子帶負電，但是所帶電荷的代數和為零，既所帶電荷的總量沒變，只是電子從毛皮轉移到橡膠棒上了。
庫倫定律
庫侖定律（Coulomb'slaw），法國物理學家查利·庫侖于1785年在《電力定律》一文中提出，是電學發展史上的第一個定量規律。因此，電學的研究從定性進入定量階段，是電歷史學中的一塊重要的里程碑。真空中兩個點電荷之間相互作用力，跟它們的電荷量的乘積成正比，跟它們的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上，這個規律叫作庫侖定律。電荷間的這種相互作用力叫作靜電力或庫侖力。其表達式為：.式中是對的作用力，是由指向的單位向量，是真空介電常數，它的值近似等于.
實驗證明
人們發現一些經過摩擦的物體能夠吸引輕小之物，處于這種特殊狀態的物體就被稱為帶電體，或者說物體帶上了電荷，簡稱帶電。如果把絲綢摩擦過的一根玻璃棒懸掛起來，再將另一根同樣被絲綢摩擦過的玻璃棒去靠近它的一端，如示例圖所示，將會發現兩根玻璃棒相互排斥；若用一根毛皮摩擦過的硬橡膠棒去接近該懸掛著的玻璃棒，那末兩者將互相吸引。但如果使兩根被毛皮摩擦過的硬橡膠棒互相靠近，它們之間又會相互排斥。這說明用絲綢摩擦過的玻璃棒上所帶的電荷與用毛皮摩擦過的硬橡膠棒上所帶的電荷是兩種性質不同的電荷。為了區別這兩種性質不同的電荷，歷史上曾規定在室溫條件下，被絲綢摩擦的玻璃棒上所帶的電荷稱為正電荷，通常用“+”號來表示；而硬橡膠棒被毛皮摩擦后所帶的電荷稱為負電荷，用“-”號表示。這些規定一直沿用至現代。
此實驗不僅表明電荷有兩種，而且表明電荷之間存在著相互作用：同號電荷相互排斥；異號電荷相互吸引。大量的實驗進一步表明：一切物體不論用什么方法使之帶電后，不是與絲綢摩擦過的玻璃棒相斥（或與毛皮摩擦過的硬橡膠棒相吸），就是與絲綢摩擦過的玻璃棒相吸（或與毛皮摩擦過的硬橡膠棒相斥）。這說明它們所帶的不是正電荷，就是負電荷。自然界里只存在正、負兩種電荷。電荷的數量稱為電量。
將帶有等量異號電荷的物體放在一起時，由于正、負電荷的數量相等，它們對外既顯不出帶正電，也顯不出帶負電，或者說呈電中性。這種現象稱為電中和。大量的正、負電荷中和時，往往會發生火花，并伴有劈啪聲，形成火花放電。
危害
摩擦起電也存在一定危害。如，油罐車的車尾有一條拖地的鐵鏈。這是由于油罐車在行馳時，汽油不斷地晃動，結果使汽油和油槽不斷地發生碰撞、摩擦而發生摩擦起電。因為汽車輪胎是絕緣體，所以電荷不能通過輪胎傳到地面。如果沒有鐵鏈，電荷就會積累起來，甚至發生火花放電而引起爆炸。而利用鐵鏈可以把自由電荷傳到地面，使電荷不能積累，避免爆炸的危險。
飛機的螺旋槳由于在動時與空氣劇烈摩擦會帶上電荷，這些電荷在中和時引起的火花放電要干擾飛機上的無線電通訊。火花放電在一定的條件下還會引起爆炸。在通過管道輸送干燥的糖、面粉等粉末狀物質時，就可能會由于摩擦產生的正，負電荷中和而引起爆炸。在紡紗機上，摩擦使纖維帶電后互相排斥散開，給加拈成紗造成困難；在印刷機上，受滾筒擠壓而摩擦帶電的紙常常吸在鋁板或滾筒上，影響連續印刷。我們穿的化纖衣服，用的塑料制品，都是摩擦起電的良好棲息處所，使用不久就沾上一層灰塵，使它們黯然失色了。
應用
工業應用
摩擦起電多用于工業方面，如，靜電除塵器就是利用靜電力（庫侖力）將氣體中的粉塵或液滴分離出來的除塵設備，也稱電除塵器、電收塵器。靜電除塵器在冶金、水泥、煤氣、電站鍋爐、硫酸、造紙等工業中得到了廣泛應用。
生活應用
摩擦起電也會應用于生活方面，如人們會用絲綢布來擦拭眼鏡的鏡片，就是因為絲綢和玻璃的摩擦會產生靜電荷，可以更有利于清除灰塵等輕小物體。還有在采茶工業上，在茶葉和茶葉梗彼此摩擦后，兩者將分別帶上異號電荷，令帶電的茶葉和茶葉梗通過一對帶正、負電荷的極板，由于同性相斥，異性相吸，兩者分別被吸至帶相反電荷的極板處，自動地完成了茶葉和葉梗的分揀。
參考資料 >