# 静电与闪电模拟 - 摩擦起电序列、验电器、帕邢定律、雷声测距

> 摩擦起电序列判断谁带正电，验电器感应起电分步动画，导体球电荷分配；帕邢曲线算击穿电压与火花长度，尖端放电演示，按闪电到雷声的秒数算距离。

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- 最后更新: 2026-10-29
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选两种材料（毛皮、玻璃、丝绸、头发、PVC、特氟龙等），摩擦动画会显示电子从哪一方转移到另一方、谁带正电谁带负电。验电器页分五步演示感应起电：靠近、接地、断开、移走带电棒，箔片随电荷张开闭合；还能计算两个导体球连接后的电荷分配。击穿页用帕邢定律算空气在不同气压、间隙下的击穿电压，估算火花长度、范德格拉夫球的最高电压和尖端起晕；闪电页按「闪电到雷声」的秒数和气温算雷暴距离，并给出 30–30 安全规则与一次闪电的典型数值。

## 使用步骤

1. 在「摩擦起电」选择材料 A 和 B，点「摩擦」观察电子转移，再点「分开」
2. 在「感应起电与验电器」逐步点击「下一步」，看验电器如何带上与棒相反的电荷
3. 设置两个导体球的半径和电荷，点「连接」查看电荷重新分配和能量损失
4. 在「击穿与电火花」调气压和间隙，读帕邢曲线上的击穿电压；调尖端半径看何时起晕
5. 在「闪电与雷声」看到闪电时点按钮、听到雷声再点一次，得到雷暴距离

## 功能特点

- 24 种材料的摩擦起电序列与摩擦转移电荷动画
- 验电器感应起电五步动画，可选橡胶棒（负）或玻璃棒（正）
- 导体球连线后的电荷分配、公共电势、表面场强和能量损失
- 空气帕邢曲线：任意气压、间隙的击穿电压与平均场强
- 火花长度估算、范德格拉夫最高电压、皮克公式尖端起晕演示
- 闪电到雷声计时测距、按气温修正声速、30–30 规则与闪电典型数值

## 常见问题

### 摩擦起电序列怎么用？

序列从「容易失去电子」排到「容易得到电子」。两种材料摩擦时，排在前面的一方失去电子带正电，排在后面的一方得到电子带负电，两者在序列中相隔越远，起电通常越明显。例如玻璃与丝绸摩擦，玻璃带正电；橡胶棒与毛皮摩擦，橡胶带负电。序列是经验总结，湿度、表面污染和摩擦方式都会改变结果。

### 感应起电为什么验电器最后带相反的电荷？

带电棒靠近时，导体中的自由电子被推开或吸引，使靠近棒的一端出现异号电荷、远端出现同号电荷。此时接地，远端的同号电荷（或相应的电子）通过大地流走；先断开接地再移走棒，留下的异号电荷就无处可去，分布到整个验电器上，箔片重新张开。整个过程棒没有接触验电器，棒上的电荷也没有减少。

### 空气多高的电压会击穿？

标准大气压下均匀电场中，空气的击穿场强约 3 MV/m（3 kV/mm），1 cm 间隙大约 30 kV。更准确的是帕邢定律：击穿电压只取决于气压与间隙的乘积 pd，曲线有一个最低点（空气约 300 多伏），低于它反而更难击穿。尖端或长间隙的电场不均匀，放电以流注、先导形式发展，平均场强远低于 3 MV/m。

### 为什么尖端更容易放电，避雷针起什么作用？

同一个导体电势处处相等，而球面场强 E = V/R，所以曲率半径越小的地方表面场强越大，最先超过空气的电晕起始场强（皮克公式）而电离空气。避雷针并不能把雷云的电荷「吸走」来阻止雷击，它的作用是在雷电下行先导接近时最先发出迎面先导，给雷电提供一条确定的低阻通道，再通过引下线和接地极把电流安全导入大地。

### 怎么根据雷声判断闪电有多远？

光几乎瞬间到达，声音在 20 °C 空气中约 343 m/s，所以距离 ≈ 343 × 秒数，约 3 秒 1 公里（5 秒 1 英里）。如果闪电到雷声不到 30 秒，说明雷暴在 10 km 以内，已处在可能被击中的范围，应立即进入建筑或封闭金属车厢；最后一声雷后再等 30 分钟才外出，这就是 30–30 规则。

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