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带电体为什么能吸引轻小物体?

(2012-03-06 10:49:25)
标签:

杂谈

分类: 学习助手
对于非物理专业出身的朋友来说,异种电荷之间相互吸引容易理解,至于带电体为什么能够吸引不带电的(轻小)物体,就不一定清楚了。

     学过高中物理的都会记得一个叫做“静电感应”的现象:在外界电场的影响下,导体中的电荷会重新分布。如果是中性导体,则导体两侧表面会出现等量异种电荷,如图(一)。

http://s16/middle/88b8e5d5gba8a2003a7af&690

    如果将绝缘体(绝缘电介质)放入电场,则电解质会出现所谓的“极化”现象,在绝缘体的两侧表面也会出现等量异种电荷,这些电荷称为“极化电荷”。视绝缘体分子类型的不同,分为极性分子和非极性分子两种情况:

    (1)、如果绝缘体的分子为非极性分子,如二氧化碳分子,无外界电场时,分子的正、负电荷中心重合在一点;有外界电场时,在电场的作用下,分子中的正、负电荷受到的电场力方向相反,正、负电荷中心将分开一段距离,最终使绝缘体两侧出现异种的极化电荷。由于绝缘体内部几乎没有自由电荷,分子中的正、负电荷均为束缚电荷,因此绝缘体内部仍呈电中性,没有净电荷,极化电荷只分布在绝缘电介质表面很薄的一层内(分子尺度)。如图(二)。

http://s7/bmiddle/88b8e5d5gba8a2b97c086&690

    (2)、如果分子为极性分子,例如水分子,即使没有外电场,其正、负电荷中心也是分开的,分子两端呈现不同的电性。平时一般由于热运动,大量分子的电荷极性的取向是杂乱无章的,彼此的电性相互抵消,绝缘体表面不会出现净电荷。当存在外电场时,极性分子的正、负电荷端在电场力力偶矩作用下发生扭转,从而呈现出规则排列(当然,由于热运动的影响,不是绝对的规则,而只是较原来的杂乱无章变得规则了一些),从而使电介质两侧表面也出现了极化电荷。如图(三)。

http://s5/bmiddle/88b8e5d5gba8a2c4e0b44&690

    电介质的极化现象和导体的静电感应现象虽然相似(都在两侧表面出现异种电荷),但是有本质区别。后者是导体中的自由电荷发生了定向运动,导体中出现了短暂的宏观电流;前者只是绝缘体分子内部电荷的分布发生了微观的位移,绝缘电介质中不会有宏观电流。

   呵呵,真佩服您能耐住性子看到现在。说到这儿,带电体吸引轻小物体的原因解释起来就简单了,如图(四):

http://s5/middle/88b8e5d5gba8a23064d94&690

    当带电体靠近轻小物体时,无论轻小物体是绝缘体还是导体,带电体产生的电场都将通过极化作用或感应作用,使其近端和远端出现异种电荷。库仑定律告诉我们,电荷间的作用力大小跟点电荷间距离的二次方成反比,显然,带电体对轻小物体近端电荷的引力大于对远端电荷的排斥力,轻小物体受到的合力必然表现为引力。

    当然,带电体对于“重大物体”也是会吸引的,只不过轻小物体更容易被吸起来罢了。

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