你以為
它只是辦公室里粘粘補(bǔ)補(bǔ)的小工具?
事實(shí)上
撕開(kāi)透明膠帶那“吱啦”一聲的背后,
正爆發(fā)著一場(chǎng)高達(dá)十億伏特每米的微觀閃電。
實(shí)驗(yàn)器材
透明膠帶、單層紙巾、剪刀、所標(biāo)杯
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實(shí)驗(yàn)步驟
將單層紙巾對(duì)折,用筆畫出一個(gè)高約2–4厘米的紙人半輪廓,四肢盡量畫得細(xì)一些。


用剪刀沿輪廓剪下小紙人。注意保持紙張平整,不要揉搓,讓它保持輕飄飄的狀態(tài)。

第三步:
從膠帶卷上快速撕下一段。然后將剛撕下的膠帶緩緩靠近紙人(先不要貼上),通常會(huì)看到紙人先微微抖動(dòng),隨后被吸引、翹起,最后整個(gè)“站”起來(lái)貼到膠帶上。

第四步:
這次非常緩慢地撕下膠帶,盡量不發(fā)出聲音。再用這段膠帶靠近紙人,則會(huì)發(fā)現(xiàn)靜電效應(yīng)明顯減弱,紙人幾乎不動(dòng)或反應(yīng)很小。

原理解說(shuō)
撕膠帶之所以能帶電,關(guān)鍵不在于摩擦力大小,而在于接觸—分離的過(guò)程:膠帶的膠層與背基(或兩層膠帶之間、膠帶與被粘表面)原本緊密貼合,剝離時(shí)界面被迅速拉開(kāi),電荷在分離瞬間發(fā)生不對(duì)稱轉(zhuǎn)移,并滯留在兩側(cè)表面。這屬于典型的接觸起電(摩擦起電)現(xiàn)象。
剝離過(guò)程在微觀上往往不是勻速的,而是粘滯—滑移(stick-slip)的間歇式推進(jìn):剝離前沿先短暫“粘住”并積累能量,隨后突然“滑脫”釋放,因此撕膠帶常伴隨“吱—滋啦—”的刺耳聲。這種間歇過(guò)程使電荷分離更劇烈,電荷來(lái)不及復(fù)合或泄漏,從而在局部形成極強(qiáng)的電場(chǎng)。

膠帶剝離示意圖
紙人本身是電中性的,之所以會(huì)被吸引,是因?yàn)?strong>誘導(dǎo)極化:帶電膠帶在周圍建立電場(chǎng),使紙人內(nèi)部的正負(fù)電荷分布發(fā)生偏移——靠近膠帶的一側(cè)呈現(xiàn)與膠帶相反的電荷,遠(yuǎn)側(cè)則呈現(xiàn)相同電荷。由于近側(cè)距離更近、電場(chǎng)更強(qiáng),吸引力大于排斥力,整體上紙人就被拉向膠帶。這也是為什么即使不直接接觸,紙人也會(huì)先動(dòng)起來(lái)。
至于電場(chǎng)強(qiáng)度到底有多強(qiáng),結(jié)果可能令人驚訝:一項(xiàng)2025年的研究利用分子振動(dòng)光譜(拉曼)在膠帶剝離點(diǎn)附近進(jìn)行定量測(cè)量,報(bào)告局部電場(chǎng)可達(dá)10? V/m(十億伏/米)量級(jí),并指出這種強(qiáng)場(chǎng)與粘滯—滑移剝離過(guò)程直接相關(guān),甚至能引發(fā)局部放電或空氣電離,驅(qū)動(dòng)微區(qū)化學(xué)反應(yīng),堪稱“微觀閃電”。需要說(shuō)明的是,這一極高數(shù)值僅出現(xiàn)在剝離前沿的極局部區(qū)域,并非整段膠帶周圍都如此;但即便電場(chǎng)隨后迅速衰減,剩余的靜電力仍足以讓輕薄的紙巾小紙人“站立”起來(lái)。
有趣的是,在中等真空條件下剝離膠帶時(shí),研究還觀察到了與粘滯—滑移過(guò)程相關(guān)的納秒級(jí)X射線脈沖,能譜峰值約15 keV。而在常壓空氣中,放電現(xiàn)象更容易被“鈍化”,我們平時(shí)感受到的多是吸起紙屑、使細(xì)水流偏轉(zhuǎn)、或產(chǎn)生細(xì)微噼啪電光這類溫和版本。
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真空下膠帶滑粘現(xiàn)象產(chǎn)生x射線
[1]Proceedings of the National Academy of Sciences, 2025. DOI: 10.1073/pnas.2510504122.
[2]Physical Review Letters, 2019, 122: 068005. DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.068005.

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