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霍克斯比和静电的产生

通过大卫先生|2015年1月23日

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1703年,刚刚被任命为英国皇家学会主席的艾萨克·牛顿希望重振这个由英国杰出科学家组成的保守组织。为此,他任命他的实验室助理弗朗西斯·霍克斯比(Francis Hauksbee)为官方策展人、仪器制造商和实验人员。

霍克斯比最初的演示是他设计的各种气泵,但这些不那么惊天动地的项目很快发展成为对全球科学界有深远影响的领域,并推动了对电的研究,使它成为当代研究人员感兴趣的对象,就像光和重力一样。

主要的焦点很快变成了静电。在测量和研究之前,这种以前难以捉摸的现象必须被生成和存储,这样才能理解和量化它的性质。Van de Graaff发电机直到一个世纪后才出现,但在当时,Francis Hauksbee的机器产生的静电足以证明,如果不是它的确切性质,至少它与另一种普遍存在的现象密切相关——光。

Hauksbee的发电机背后的想法是,手在旋转的玻璃上滑动时会产生摩擦电(静电)效应。产生的电压使球体内的气体电离,产生蓝色等离子体辉光(一个例子可以在现代Hauksbee静态发生器上看到YouTube).

Hauksbee的早期发电机产生的光足够阅读,而且它们的电离电压是我们水银灯的真正先驱。最大的区别在于,它们不是由实用电压供电,而是由两种不同材料摩擦产生的局部静电力供电。
基本的物理原理相对简单。摩擦两个物体——例如羊毛和琥珀——可以产生静电荷。

正常情况下,物质是电中性的。在它的原子中,电子和质子的数量相等。如果一个原子获得了多余的电子,它就带负电。如果它失去电子,它就带正电。当两种不同的材料摩擦在一起时,其中一种可能会失去电子,另一种可能会获得电子,因此它们之间会出现静电差。

材料获得或失去电子的容易程度取决于它们在摩擦学系列中的位置。这是一份材料清单,按照获得电子或失去电子的倾向排序。原子更有可能失去电子的物质在系列的正极,而原子想要获得电子的物质在系列的负极。

不用说,这种活动发生在最外层,或包含最高能量电子的价电子层。涉及电子驻留在价壳层以外的反应是核反应,而不是电反应或化学反应。看待它的方法是,摩擦材料的行为相当于向系统注入能量,这导致静电势差的积累。

一些材料接近正面的摩擦电器系列是玻璃,尼龙和羊毛。钢是中性的。乙烯基、硅和聚四氟乙烯则处于负极。在摩擦电系列中,距离较远的材料在摩擦在一起时更容易产生静电荷。

Francis Hauksbee和他的同事并没有专注于驯服这种静电电荷来做有用的工作。高压很难控制,与可用电流完全不平衡。工业革命不得不等待特斯拉和爱迪生的创新。他们的发电和配电系统使电动机能够为纺织厂、矿山和锯木厂提供动力。我们只能推测,如果这些发明以相反的顺序出现,现在会有多大的不同。

《华盛顿邮报》霍克斯比和静电的产生首次出现在测试和测量技巧.


了下:测试和测量技巧


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