摩擦起电（英文：Electrification by Friction）指两种不同物体相互摩擦后，分别带上正电荷和负电荷的现象，也被称为静电现象。它是物理学中一个基础且重要的概念，在日常生活和工业生产中有着广泛应用，同时也存在一定的危害。

基本简史

现象发现

摩擦起电是最早有记载的物理现象之一。公元前六世纪左右，古希腊哲学家塞利斯记载了琥珀与布摩擦后能吸引草屑的现象。同一时期，中国也有相关发现。公元一世纪，东汉思想家王充在《论衡》一书中记述“顿牟掇芥”，“顿牟”指玳瑁的甲壳，“掇芥”意为吸引芥子之类的轻小物体。

在中国古代两晋时期，也有诸多记载。西晋学者张华在《博物志》中记载：“今人梳头、脱衣时，有随梳，解结有光者，亦有咤声。”《晋书·五行志》记载，晋永康元年（300 年），晋惠帝司马衷纳羊氏为后，羊氏入宫就寝，侍人为其解脱衣服时“衣中忽有火，众咸怪之”，这些都是摩擦起电现象。

明朝大臣张居正也曾记载：“凡貂裘及绮丽之服皆有光。余每于冬月盛寒时，衣上常有火光，振之迸炸有声，如花火之状”，描述的也是摩擦起电现象，不过当时人们对电的本质并不了解。

关键研究进展

• 1660 年：德国物理学家盖里克制造出世界上第一台摩擦起电机，为人类研究电现象提供了重要基本工具。
• 1785 年：法国物理学家查尔斯·库仑在《电力定律》一文中提出库仑定律，这是电学发展史上的第一个定量规律，使电学研究从定性进入定量阶段。
• 1779 年：物理学家伏特提出摩擦起电是接触效应产生的。
• 1879 年：物理学家亥姆霍兹在人们认识物质特性的基础上，继承伏特学说，对带电原理作出新说明：使两种物体分离时能够得到的电荷，必须是两种物体接触时偶电层的电荷。这个偶电层被分离时，若在两种物体的接触面上保留着电荷，就会像简单的平行板电容器那样，静电电容随其间距的增大而减小，电荷显示出高电位，这就是伏特 - 亥姆霍兹假说。
• 18 世纪中叶：美国科学家富兰克林将用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷称为“正电荷”，用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷称为“负电荷”。
• 20 世纪：物理学家柯恩提出，在与液体电介质接触的固体电介质中，具有较高介电常数的一方带正电，带电量与介电常数的差成比例，即柯恩法则。经过后续若干修正和补充，现代科学家对电现象的本质有了更深了解，也明确了摩擦起电的原因。

实验原理

观察实验

人们对电的最初认识源于摩擦起电。实验发现，用丝绸摩擦过的玻璃棒和用毛皮摩擦过的硬橡胶棒都具有吸引轻小物体的性质，处于这种特殊状态的物体被称为带电体，即物体带上了电荷。使物体带电叫起电，用摩擦方法使物体带电叫摩擦起电。

自然界中只存在两种电荷，规定丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷叫正电荷，毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷叫负电荷。电荷间存在相互作用力，同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引。物体所带电荷的多少叫电量。

从物质电结构看，组成物质的原子由带正电的原子核和带负电的电子构成，通常原子核所带正电荷和所有核外电子所带负电荷相等，原子呈电中性，所以正常情况下物体呈电中性。当某种原因破坏物体的电中性（获得或失去电子）状态时，物体就带上负电荷或正电荷。

提出假设

根据伏特 - 亥姆霍兹假说及柯恩提出的学说，摩擦起电机理可分为三种：

• 接触起电过程：被认为是产生带电符号的过程。
• 分离起电过程：已接触的两个物体分离时，伴随着两物体间电容量减少，电位升高，这是决定带电量多少的阶段。
• 摩擦的效果：摩擦是两个物体不同接触点之间连续不断进行接触与分离的过程。

本质认识

构成物质的本身包含带电粒子，带正电的质子和不带电的中子构成原子核，核外有带负电的电子。原子核正电荷数量与电子负电荷数量相同，整个原子对外表现为电中性。原子核内部的质子和中子被核力紧密束缚，核力源于强相互作用，原子核结构一般很稳定。核外电子靠质子吸引力维系在原子核附近，通常离原子核较远的电子受束缚较弱，易受外界作用脱离原子。

当两个物体互相摩擦时，因不同物体原子核束缚核外电子本领不同，一些束缚不紧的电子会从一个物体转移到另一个物体。原来电中性的物体中，得到电子的物体带负电，失去电子的物体带正电，这就是摩擦起电的原因。例如，用玻璃棒跟丝绸摩擦，玻璃棒的一些电子转移到丝绸上，玻璃棒因失去电子带正电，丝绸因得到电子带等量负电。实验表明，相互摩擦的两个物体同时带电，且所带电荷等量异号。

相关定律

电荷守恒定律

在自然界所有观察到的过程中，各物体所带电荷可改变，但参与此过程的所有物体所带电荷总和不变。即电荷既不能被创造，也不能被消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或从物体一部分转移到另一部分，在任何物理过程中，电荷代数和守恒。这是从大量实验中概括总结出的自然界基本规律，对宏观和微观都成立，是物理学重要基本定律之一。例如，毛皮摩擦橡胶棒，毛皮失去电子带正电，橡胶棒得到电子带负电，但所带电荷代数和为零，只是电子从毛皮转移到橡胶棒上。

库仑定律

库仑定律由法国物理学家查尔斯·库仑于 1785 年在《电力定律》一文中提出，是电学发展史上第一个定量规律，使电学研究从定性进入定量阶段，是电学史重要里程碑。真空中两个点电荷之间相互作用力，跟它们电荷量的乘积成正比，跟它们距离的二次方成反比，作用力方向在它们连线上，这个规律叫库仑定律。电荷间的这种相互作用力叫静电力或库仑力，其表达式为：F=kr2q1q2（式中F是q1对q2的作用力，r1是由q1指向q2的单位矢量，k是真空介电常数，其值近似等于8.99×109N⋅m2/C2 ）。

实验证明

人们发现经过摩擦的物体能吸引轻小之物，处于这种特殊状态的物体被称为带电体。把丝绸摩擦过的玻璃棒悬挂起来，用另一根同样被丝绸摩擦过的玻璃棒靠近它一端，会发现两根玻璃棒相互排斥；若用毛皮摩擦过的硬橡胶棒接近悬挂的玻璃棒，两者会互相吸引；若使两根被毛皮摩擦过的硬橡胶棒互相靠近，它们之间又会相互排斥。这说明用丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷与用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带电荷是两种性质不同的电荷。历史上曾规定，在室温条件下，被丝绸摩擦的玻璃棒所带电荷称为正电荷，用“+”号表示；硬橡胶棒被毛皮摩擦后所带电荷称为负电荷，用“ - ”号表示，这些规定沿用至今。

此实验不仅表明电荷有两种，还表明电荷间存在相互作用：同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引。大量实验进一步表明，一切物体不论用什么方法使之带电后，不是与丝绸摩擦过的玻璃棒相斥（或与毛皮摩擦过的硬橡胶棒相吸），就是与丝绸摩擦过的玻璃棒相吸（或与毛皮摩擦过的硬橡胶棒相斥），说明它们所带不是正电荷就是负电荷，自然界里只存在正、负两种电荷，电荷数量称为电量。

将带有等量异号电荷的物体放在一起，因正、负电荷数量相等，它们对外既不显带正电，也不显带负电，呈电中性，这种现象称为电中和。大量正、负电荷中和时，往往会发生火花，并伴有劈啪声，形成火花放电。

相关危害

摩擦起电存在一定危害。例如，油罐车车尾有一条拖地的铁链。油罐车行驶时，汽油不断晃动，与油槽碰撞、摩擦产生摩擦起电。由于汽车轮胎是绝缘体，电荷不能通过轮胎传到地面，若没有铁链，电荷会积累起来，甚至发生火花放电引发爆炸。而铁链可将自由电荷传到地面，使电荷不能积累，避免爆炸危险。

飞机螺旋桨在运动时与空气剧烈摩擦会带上电荷，这些电荷中和时引起的火花放电会干扰飞机上的无线电通讯，在一定条件下还可能引起爆炸。在通过管道输送干燥的糖、面粉等粉末状物质时，可能因摩擦产生的正、负电荷中和而引起爆炸。在纺纱机上，摩擦使纤维带电后互相排斥散开，给加拈成纱造成困难；在印刷机上，受滚筒挤压摩擦带电的纸常吸在铝板或滚筒上，影响连续印刷。我们穿的化纤衣服、用的塑料制品，都是摩擦起电的良好场所，使用不久就会沾上一层灰尘，变得黯淡无光。

应用领域

工业应用

摩擦起电在工业方面应用广泛。静电除尘器是利用静电力（库仑力）将气体中的粉尘或液滴分离出来的除尘设备，也称电除尘器、电收尘器。它在冶金、水泥、煤气、电站锅炉、硫酸、造纸等工业中得到广泛应用。例如在冶金工业中，可有效去除冶炼过程中产生的烟尘，减少环境污染，提高产品质量；在水泥工业中，能降低粉尘排放，改善生产环境。

生活应用

摩擦起电在生活方面也有应用。人们用丝绸布擦拭眼镜镜片，是因为丝绸和玻璃摩擦会产生静电荷，更有利于清除灰尘等轻小物体，使镜片更清晰。在采茶工业上，茶叶和茶叶梗彼此摩擦后分别带上异号电荷，让带电的茶叶和茶叶梗通过一对带正、负电荷的极板，由于同性相斥、异性相吸，两者分别被吸至带相反电荷的极板处，自动完成茶叶和叶梗的分拣，提高了分拣效率和茶叶品质。