“吃冰糖会触电”背后的物理原理

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不刷题的吴姥姥用实验向我们展示了“吃冰糖会触电”的说法，我首先想到的就是压电效应：当在材料上施加外部应力时，它会产生电压。有许多类型的压电材料，但石英是第一个被发现的压电晶体，我们将以石英为例，讲述这些材料是如何表现出这种独特特性的。切割出一块石英晶体并压缩它，我们就能测量到切片上的电压，不过前提是切割的角度要恰到好处。为了理解切割角度的重要性，我们需要查看石英的晶格结构。起初石英的结构看起来非常复杂，但当我们旋转到合适的角度时，我们会发现熟悉的六边形形状。微观结构首先我们需要了解一个称为电负性的概念。石英晶体由氧和硅原子组成，这里氧和硅原子共享一个电子。由于氧原子的尺寸较小，共享电子更靠近氧的原子核，所以氧对电子的作用力比硅大。因此氧比硅的电负性更大，并且带有轻微的负电荷，这也意味着硅原子将带有轻微的正电荷。氧和硅原子一起构成石英晶体中的偶极子。这些偶极子头尾相连，它们形成了上述提到的六边形。虽然这种六边形不是正六边形，但它的