2塊錢的透明膠帶，隨手一撕就能飆出10億伏特每米的電場(chǎng)？| 正經(jīng)玩

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

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。

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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編輯：二分 & Chocobo