橡皮擦的原理是什麼?

雲南小鍋Alavan


橡皮擦是用來擦掉鉛筆字的學具,鉛筆芯是用石墨和黏土製成,通過調整石墨和黏土的比例,可以改變鉛筆芯的硬度。

用鉛筆在紙上寫字,鉛筆芯與紙發生摩擦,鉛筆芯會被磨成細小的粉末,這些粉末,有的進入紙張的纖維間用肉眼看不見的縫隙,有的在紙張的表面,並且都是因為紙與筆芯粉末之間分子間作用力,被吸附在紙上。

用橡皮擦可將紙上的鉛筆字去掉,一種情況是橡皮擦對筆芯粉末的分子間的作用力大於紙與筆芯粉末的分子間作用力,所以會被橡皮擦吸附。大家可試驗一下,用橡皮擦用力壓住紙上的鉛筆字,鉛筆字就會沾附到橡皮擦上,見下圖。

但有些筆芯粉末進入紙張較深,單獨依靠橡皮擦與筆芯粉末的分子間作用力難以將筆芯粉末吸附。所以,要用橡皮擦在字跡上摩擦,利用摩擦力克服分子間的作用力,使筆芯粉末脫落,當然紙的表面也有微量脫落,橡皮擦也有脫落。三種粉末隨著橡皮擦滾動,並粘合在一起,就是成了線頭似地東西。


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小小的一塊橡皮,可以把鉛筆的印跡擦除,這個功能我們從小就知道,那麼它的原理是什麼呢?



先看一下鉛筆為何能夠在紙張上寫字。鉛筆芯的主要成分是石墨和黏土,這兩種原料以不同的比例混合,通過調混、機壓、高溫焙燒,最後油浸而成,石墨和黏土的不同比例,決定了鉛筆的硬度,黏土含量越高,硬度就越大,比如6h的就比3h的筆芯硬。另外,鉛筆標號中的b表示黑度,代表石墨的含量,6b是顏色最黑的,而繪畫常用的hb鉛筆則表示石墨和黏土含量相當,兼顧了質地和黑度。


由於鉛筆芯中的石墨質地比較柔軟,內部分子為分層結構,層和層之間容易剝離。紙張表面上又有很多細微的褶皺和纖維縫隙,當用力寫字時,筆芯與紙張間的摩擦力會使筆尖的石墨形成粉末,附著在紙張表面或者纖維表層縫隙中,形成了鉛筆劃過的痕跡。

再來看一下橡皮。橡皮的主要成分是橡膠,另外還添加了硫磺、植物油和微小的沙粒等。在橡皮蹭字的過程中,由於摩擦力使橡皮與紙張接觸面溫度升高,對附著在紙張表面的石墨和黏土分子產生很強的吸附力,於是就“粘到”了橡皮表面,鉛筆字就從紙張上變淡直至消失了。同時,由於橡皮中硫磺和細沙粒的存在,在摩擦中很容易掉屑,所以被吸附的鉛筆沫、橡皮渣和紙張表層纖維會揉成一個個的長條形,類似於搓澡時從皮膚上搓下來的泥灰一樣。



至於為何橡皮很難擦掉鋼筆和圓珠筆寫的字,主要是由於它們寫出的字是由墨水和油墨幹了後形成的,墨水和油墨分子不是附著在紙張表面,而是已經滲透到紙張纖維之中,除非用很大力把這些被浸染的紙張纖維蹭掉,否則根本擦不掉。


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鉛筆芯是由石墨加上黏土製成的。石墨質軟,色黑,容易附著在紙上,所以能寫出字。橡皮很軟,摩擦力大,又有些黏性,在紙上擦擦,能把寫上去的字跡粘走,又不會損傷紙面,因此用橡皮能擦去鉛筆字。要是用圓珠筆寫字,油墨會滲透進紙張裡,就不容易擦去了。


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說說鉛筆和橡皮的故事。大多數人認為鉛筆是由鉛製成的,但事實證明,這是錯誤的。雖然我們稱之為鉛筆,但鉛筆芯實際上是石墨,由碳組成。當你用鉛筆書寫時,中央圓柱體的石墨顆粒會摩擦並粘到正在書寫的紙上。如果不被幹擾,這些石墨顆粒會在紙上停留很長時間(十年左右)。


用一支普通的鉛筆,你可以畫一條大約56公里長的線。也可以用一支鉛筆寫45000個字,但你很可能會在這個過程中犯很多錯誤。犯錯是人之常情,所以如果你有橡皮擦的話,你能改正錯誤。

橡皮擦的功能是基於我們在日常生活中的原理:摩擦。只有因為摩擦,我們才能在地上行走。這也是當你把雙手揉搓時,它們會發熱的原因。橡皮擦是橡皮擦和紙之間摩擦的結果。當橡皮擦在紙上摩擦時,產生的摩擦力產生熱量,這有助於橡皮擦變得足夠粘,從而“吸附”石墨顆粒。 通常,橡皮由合成橡膠組成,但更昂貴的橡皮擦使用乙烯基和塑料。使用這些材料是因為它們比紙纖維更粘,因此能夠更容易地將石墨顆粒粘到它們上面。本質上,任何比紙纖維更粘的東西都可以用作橡皮擦,就這麼簡單!

人類最早使用的橡皮是溼麵包皮。第一個橡皮是1770年英國工程師愛德華·奈恩發明的。據說橡皮擦的發明實際上是一個意外,奈恩在試圖拾起麵包皮時撿起了一塊橡皮。然後,當他用橡膠擦除鉛筆標記時,他意識到橡膠的擦除特性。

橡皮被稱為橡皮,因為它們是由橡膠製成的,並且因為擦除的過程涉及到從紙上“擦掉”鉛筆標記——因此是橡膠。朋友們,這是一個關於鉛筆和橡皮的故事,它向我們展示了我們不應該害怕犯錯,應該學習如何改正錯誤。


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要理解橡皮擦的原理,首先我們來了解一下我們用來書寫的紙張和鉛筆。

紙張雖然我們摸起來是十分乾淨光滑,但是實際上,這些紙張是由木漿纖維製造而成的,因此紙張的表面如果放大幾十倍來看,你可以看到其實紙張的表面是凹凸不平的,有些多木漿纖維留下來的凸起和溝壑,但是也正是因為紙張表面的這種構造,才得以讓鉛筆在紙張上寫出痕跡。

其次,我們看看鉛筆為何能在紙上寫字。鉛筆裡面的黑色鉛筆芯實際上是由石墨和帶有粘性的土,經過加水攪拌以後,燒製定性而成的,而這種經過特殊處理之後的石墨筆芯,有著很好的柔軟性,以及吸附性,並且由於是石墨製造成的,因此顏色呈現出黑色。由於這種黑色鉛筆芯的強附著力,以及書寫紙張的表面凹凸不平,當你在書寫的時候,鉛筆芯上的石墨粉就會在與紙張接觸的時候被磨下來,然後吸附在紙張上,從而你看到的就是你寫出來的顏色分明的鉛筆字。

瞭解了紙張和鉛筆的原理後,橡皮擦的工作原理就能迎刃而解了。

為什麼橡皮擦能擦掉字?為什麼能夠輕易把強附著力的石墨粉末給擦走?橡皮擦是由橡膠製作而成的,不同於紙張看起來光滑的平面,大多數橡皮擦都有著比較明顯的凹凸的表面,因此如果兩者相互發生摩擦,橡皮擦有著更強的摩擦力,因此相比較於紙張,橡皮擦憑藉其更強的摩擦力會薄薄地擦掉一層紙,把石墨粉剝離紙張表面,並且使石墨粉吸附在橡皮擦上,然後會形成許多橡皮灰,然後紙張就變得乾淨了。

但是如果是水性筆或者鋼筆,橡皮擦就擦不掉,因為這種類型的筆會把墨水滲透進紙張的纖維當中,橡皮擦是擦不掉的。


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