摩擦起电会产生多高的电压

　　摩擦起电现象，对于任何学过电学的同学来说都十分熟悉，但是，可能只有很少人注意到摩擦起电会产生很高的电压。例如在干燥的天气里，当你用毛皮去摩擦塑料棒的时候，会听到“劈劈啪啪”的声音；再如在天气干燥的夜晚，当你脱毛衣套衫，毛衣与头发相摩擦时，也会听到这种“劈啪”声；如果没有灯光，你可能还会看到细小的火花。要知道，这小火花和“劈啪”声，就是近在身边的“打雷闪电”呀!干燥空气的击穿电场约达3万伏/厘米，所以，上述现象表明摩擦起电确实会达到相当高的电压。

　　真有点难以置信，然而这是事实。为了使你更信服，我们用电学中的一些知识来估计一下直径为 1 cm的小球，在摩擦起电时所能达到的电压。该球的表面积为πd²≈ 3 cm²而一个原子的直径约为亿分之一厘米，即大约是10 ^-8 cm，因此该小球表面上一个原子所占的面积为(10^-8) ²cm²那么在这个小球表面大约有3/(10-8) ²≈3×10¹⁶(个)原子，即3亿亿个原子。如果我们假设在摩擦过程中，小球表面上每一万个原子平均获得1个电子，那么总共将获得3×10¹²个电子。每个电子的电荷量是1.6×10 ^-19 C，所以总共获得1.6×10^-19×3× 10¹² C≈0.5×10 ^-6 C≈0.5 μC负电荷。

　　于是现在的问题是:一个直径为 1 cm的小球，当它的表面均匀分布着0.5 μC电荷量时，求它的电势。根据电学中的公式，该带电球面的电势U=kQ/R，R为球的半径，Q为球面的总电荷量，k是比例常数。由实验确定k=9×10⁹ V•m/C。于是小球的电势为U=kQ/R=9×10⁹ V•m/C×0.5×10 ^-6 C/0.5×10 -² m=9×10⁵ V，即90万伏!这是相当高的电压。不过如果注意到摩擦起电会引起空气击穿，产生火花放电，那么，我们相信我们的计算结果大概是正确的。

　　应当指出，摩擦起电所产生的电压虽然很高，但由于电荷量极少，所以一般不会引起较大的持续电流。