開門被金屬把手電得嚇一跳……夜裡脫件毛衣一路火花帶閃電……就連擼個貓也噼裡啪啦帶音效……又到了靜電這位老朋友前來拜訪的季節，說起靜電，咱們一般首先會想到兩件事──一是摩擦起電，另一件呢就是靜電真煩人。

不過，靜電其實不止摩擦起電一種，而靜電在有些場合，帶來的危害可遠遠不只煩人了，但妥善利用的話，靜電又能為人類服務，接下來咱們就詳細講講。

摩擦起電，並不簡單

人生最常見的靜電是摩擦起電，也是平常把大家折磨得最慘的一個。小到握手的噼裡啪啦，大到閃電的轟隆咔嚓，都是它的功勞。

在歷史上，這也是被人類最早注意到並記錄下來的電現象之一：在希臘語裡，ἤλεκτρον（發音electron）就是琥珀的同義詞，而琥珀容易起電蒙塵，公元前6 世紀就被古希臘哲學家泰勒斯記錄過。

雖然摩擦起電早已家喻戶曉，但科學家還沒有完全透徹地理解這種現象……因為它的表現頗不穩定，成因複雜多元。比如說，我們上學時獲得的大致印像是，誰更能搶電子，誰就帶負電。如果只考慮材料，照說會有一個終極大 boss，在搶電子的遊戲中拔得頭籌。

但現實中，對某些材料來說，摩擦起電搶電子大比拼不是一場強者通吃的遊戲。而更像是玩石頭剪刀布：絲綢輸給紙張，紙張輸給棉花，棉花輸給玻璃，玻璃輸給鋅，而鋅卻輸給了一開始的絲綢！

可見，材料性質未必是唯一的因素，經過研究，目前公認一些影響因素有：材料本身性質、表面結構和走向、局部的粗糙度、摩擦的力度、環境濕度等等。

靜電可不只是擦出來的

摩擦能生靜電，但能生靜電並非只靠摩擦。另一種靜電就是壓電，以石英、電氣石（也稱為碧璽）為代表。

壓電的原理是什麼呢？打一個不精確的比方，就像一輛公車，乘客不多時，面向哪個方向站的都有，隨著車裡越來越擠，大家會不由自主地排出一個方向。從一邊看全是正臉，另一邊看則全是後背，這種現象叫極化，會在壓電材料的一端出現正電荷，而另一端出現負電荷。因為受熱也會使晶格產生應力，所以有些壓電材料還有熱釋電效應。

還有一類靜電在太空中比較容易出現。太陽光中的高能量紫外線和 X 射線照射物體時，會把電子驅趕出來，而在原先的位置留下一層正電荷。像在月球的表面，乾燥細碎的月壤顆粒因為都攜帶著正電荷，會同性相斥，拔地而起，懸浮幾米高，形成一層月塵“大氣”（並不是氣體），而月塵一旦遇到外來物，又很容易吸附。

拆過泡沫塑膠包裝的讀者一定深有體會。靜電懸浮的月塵對探月設備幹擾很大，咱們的第一輛玉兔號剛上去一個多月（月球上的第二個白天）就出了動力問題，很可能就是因為月塵進入內部造成的故障。阿波羅號月球車揚起的塵埃歷久不落也是同樣的原理，並不是地面攝影棚的效果。

玉兔號月面漫遊車 來自Wikipedia

靜電的危害到底有多大？

大多數靜電有害無益，令人討厭。儘管靜電的成因多種多樣，主旨還是一個「靜」字。如果產生了電荷卻不流動，就可能累積成災。

在北方冬天，屋裡供著暖氣，環境乾燥，如果不用加濕器的話（雖然用了也可能杯水車薪），走動或者換衣時的靜電難以導走，就累積在體表，伺機發洩。像平常把我們弄得手指酥麻的那些小火花，電壓能達到上萬伏特。這個數字聽起來很駭人，而它背後的物理公式是這樣的：

電荷量 = 電容 x 電壓

可以看出，電容和電壓成反比，一個越小，另一個就越大。我們握手時，兩手之間有一個極小的電容，所以只需少許電荷，就能產生一個高壓把空氣擊穿，形成那個令我們顫抖的小電弧。不過大家不用怕，真正有殺傷力的是電流而非電壓，生活靜電的電荷量極小，所以電流也很微弱，不會致死致殘的。

但是大家要當心，如果把這個能擊穿空氣的小電弧放到危險場合，就可能釀成大禍。例如油罐車，如果裝得不滿，油在罐裡晃蕩就可能摩擦起電引發爆炸。早期的油罐車都在車尾部位裝一條鐵鍊垂到地面上，就是要把靜電及時送給大地。

現在的防靜電措施就更多更可靠了：鐵鍊換成導電橡膠，保證時時刻刻按住大地，不會時斷時續，也不會磕出火星。輪胎材質也採用導電橡膠。油罐內放置隔油板，減輕油料的衝擊顛簸。

而加油站，從裝卸油品到給車主加油也會有不少措施用來防靜電，例如先放電再加油等等。還有麵粉廠這類粉塵嚴重的產業，除了明火之外，對靜電也是嚴防死守的，因為靜電可能導致可怕的粉塵爆炸，還會影響麵粉的正常生產。

而喜歡自己裝機的朋友們更是深有體會，裸手觸摸電腦主機板或記憶體晶片，機器可能會「變磚」。究其原因，同樣是上面那個公式，靜電產生的高壓擊穿了晶片。所以廠商寄來的電子設備，通常包裹在能夠緩釋或導走靜電的袋子裡。

我們拆裝這些設備的時候，也要先摸摸牆，或是另一隻手扶住大機器的金屬外殼。專業從事電路維修的師傅們，桌上常備一塊接地的導電橡膠，腕上也套著導電「手銬」。

電子設備外的防靜電包裝 作者實拍

在電子設備生產的上游－半導體產業裡，對靜電更是如臨大敵。廠房穿著超淨服不只是罩住全身防止皮屑脫落，更是在衣服內編入導電細絲，鞋底摻入碳質的導電橡膠。即使在車間外圍的「灰區」行走，也要穿防靜電拖鞋。

筆者穿過幾年這種拖鞋，軟硬合適，經久耐磨，按說，在家裡備一套，就能快樂地擼貓了。但是！穿這種拖鞋會大大提高觸電的風險！ （留給讀者思考：為什麼？）我們權衡一下，還是忍受一下噼裡啪啦吧。

常搭飛機的朋友可能會注意到，機翼上有許多尖尖的小刺。

它們不是通訊天線，也不能提升動力，而是用來釋放靜電的，大名靜電刷。飛機和空氣高速摩擦，必然會產生靜電，但沒辦法使用油罐車那樣的拖地設備，於是利用靜電在尖銳外形的部位會向空中釋放的原理，安裝了這些小尖刺。

而日常生活中能經歷的最大規模的靜電放電現象，應該就是閃電了，不過這個話題太大，就不展開說了。

善用靜電

雖然大多數靜電有害無益，但如果善加誘導，讓它按照我們的意志行事，就能創造價值。

靜電最成功的使用案例應該就是影印機。它先在半導體上佈滿靜電，再用光照射不該有字的地方，把這裡的半導體變成導體，消除此處的靜電，留下未被照射的靜電區域吸附碳粉。

把大量電荷導入並約束在我們設計的位置，形成一個強大的電場，就可以加速帶電粒子，研究基礎物理學和許多相關的學科。比起迴旋加速器來，這種靜電加速器的成本低，佔地小，在世界上獲得廣泛應用。

靜電加速器 來自Wikipedia

讓壓電效應產生的靜電流動起來，可以製造石英諧振器。這是石英錶的核心部件，為人們的生活帶來過巨大便利（不過隨著手機的普及，手錶似乎只算服飾了）。

在噴塗業，利用靜電的同性互斥原理，可以使霧滴均勻分散。而當它們接近噴塗目標時，又能靠感應靜電吸附上去。這個場面其實很眼熟，基本上就是月塵毀掉月球車的原理，但用到對的地方，就是另一個效果了。

所以，多多理解就能化敵為友，似乎是個顛覆的道理呢！

企劃製作

本文為科普中國-星空計畫作品

出品｜中國科協科普部

監製｜中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

作者丨曲炯 科普作者

審核丨劉茜 北京天文館研究員

策劃 | 丁崝

責編丨丁崝