撸猫背后的有趣科学 - 静电是如何起作用的？

猫的皮毛尤其擅长制造静电

静电这种现象早在公元前 600 年就有记载，但直到现在才被完全理解。 虽然猫不是产生静电的罪魁祸首，但它们的皮毛却是理想的导体。

现在，他们又发现，由于这些变形，在一个物体滑过另一个物体的过程中，会产生不同的电荷，例如，抚摸猫咪时的手。 当带电物体遇到另一个表面时，尤其是在低湿度条件下，这种电流足以产生由静电驱动的'击打'。

西北大学材料科学与工程学教授、首席研究员劳伦斯-马克斯（Laurence Marks）说："我们第一次能够解释一个以前无人能解的谜团：为什么摩擦会产生影响。人们已经尝试过了，但他们无法解释实验结果，而不做出没有道理或站不住脚的假设。 现在我们可以了，答案出奇地简单。 只要在滑动物体的正反面有不同的变形，也就是不同的电荷，就会产生电流。"

公元前 600 年，希腊哲学家米利都的泰勒斯（Thales of Miletus）首次观察到这一现象，他写道，用毛皮摩擦琥珀会产生静电，然后吸引灰尘。马克斯说："从那时起，人们就清楚地认识到，不仅是毛皮，所有绝缘体在摩擦时都会产生静电。然而，科学界的共识或多或少到此为止。"

根据 2019 年的研究，西北大学团队创建了一个模型，测量摩擦引起的电流，他们称之为"弹性剪切"。 从本质上讲，电荷与力和摩擦力有关--正如牛顿物理学第三定律所概述的那样--以及电荷在这一过程中如何转移。 当具有这些纳米级变形的材料相互摩擦时，就会产生前后静电荷，从而导致电流积聚。

"滑动和剪切密切相关，"马克斯说。虽然揭示静电产生的复杂机理可能无法避免在抚摸猫咪时不经意地给手充电而产生的不舒服的"电击"，但了解静电产生的过程有助于防止工业规模的火灾和爆炸等严重事件的发生。

"静电对生活的影响既简单又深刻，用静电给谷物充电对咖啡豆的研磨和口感有重大影响。 在形成行星的粒子团块过程中，如果没有一个关键步骤，地球可能就不是行星了，而粒子团块的形成就是因为谷物碰撞产生的静电。 令人惊奇的是，静电与我们的生活息息相关，而宇宙的一切又都依赖于静电。"

在实际生活中，有几种方法可以最大限度地减少静电电击--比如选择天然纤维、赤脚走路以及增加室内环境的湿度，因为相对湿度低于 40% 时，"弹性剪切"过程的传导性就会增强。 如果您发现自己的猫给您带来了冲击，尤其是在冬天，您甚至可以先用湿布抚摸猫咪来抵消这种冲击--不过，也许小冲击是两害相权取其轻。 不幸的是，猫的皮毛是静电荷的最佳来源。至少现在我们知道了原因。

研究人员在研究报告中解释说："正面和背面的极化及相关电荷并不相同，两者之间的差异导致电流流动，类似于飞机机翼上方和下方的气压差异导致升力。"

这项研究发表在《纳米通讯》 期刊上。