在暗室裡用力撕開膠帶，為什麼會發光？
― 撕開的瞬間，膠帶的縫隙間飛出了小火花
在漆黑的房間裡，把膠帶從膠帶台上「刷」地拉出來，撕開處會閃過一道青白色的光。發光的不是黏膠，也不是膠帶本身。那是膠帶被拉開時產生的電，穿過縫隙間的空氣跳過去所形成的小火花。
搬家的夜晚，你關了燈，正在封紙箱。
你把封箱膠帶從膠帶台上一口氣拉出來，覺得撕開處好像閃過一瞬間的藍光。「嘶啦嘶啦」的聲音，聽起來也比平常大。
是眼花了嗎？不，那是真正的光。只要眼睛適應了黑暗，任何人都看得到。
發光的原因只有兩個
原本黏在一起的兩層膠帶，接觸面上有些帶電的微粒已經稍微移到了其中一邊。一撕開，正電和負電就被拉開，縫隙間產生很高的電壓。
電壓超過數百伏特，縫隙間的空氣就開始導電。這時空氣中的氮會發出光。這就是青白色光的真面目。
也就是說，膠帶的光跟「冬天摸門把時啪的一下」非常相似。不同的是，撕開處會沿著撕開線連續出現很多很小的火花。
膠帶的縫隙裡，發生了什麼事？
兩種不同的東西貼在一起時，接觸面上帶電的微粒（電子）會稍微移到其中一邊。不必摩擦，只要緊密接觸就會發生。以膠帶來說，這個組合就是黏膠面和下一層膠帶的背面。
黏在一起的時候，正電和負電緊緊相鄰，所以幾乎沒有電壓。可是一撕開、縫隙變大，情況就不同了。電量不變、只有距離拉長，所以電壓會跟著縫隙成正比升高。
請用圖 1 的滑桿改變縫隙的寬度。只要張開一根頭髮的寬度（約 0.1 毫米），算出來的電壓就能達到數百伏特。
為什麼是青白色？
火花裡，被電拉著高速奔跑的電子會撞上空氣分子。被撞到的分子，會把得到的能量以光的形式放出來。
空氣有將近八成是氮。氮發出的光大多是看不見的紫外線，看得到的部分偏青紫色。所以膠帶的光、閃電，還有靜電的火花，看起來都是相似的青白色。
光會沿著撕開處一閃一閃地細碎閃爍。因為膠帶並不是以固定速度平順地撕開，而是一直重複「卡住、再一口氣撕開」。嘶啦嘶啦的聲音，也是這種細碎的撕開方式造成的。
2008 年，美國的研究團隊在抽掉空氣的容器裡撕膠帶做實驗，發現會放出極短暫的 X 射線。據報告，他們甚至用這種 X 射線拍出了手指骨頭的照片。這是因為沒有空氣時，電子不會被撞停，能持續加速，再猛烈撞上膠帶。在一般房間的空氣中，電子很快就會撞上空氣分子而停下來，所以不用擔心。
在暗處把兩顆冰糖或方糖互相摩擦或敲碎，也會發出微弱的光。一般認為，這是結晶破裂時，裂開的兩個面之間的電被拉開所致。像這樣因為撕開、摩擦、敲碎而發光的現象，統稱為摩擦發光。
總結
膠帶黏在一起時，接觸面上的電會稍微轉移。撕開後縫隙變大，電量不變、距離拉長，電壓就超過數百伏特。這時空氣開始導電，飛出小火花，氮便發出青白色的光。
膠帶的光，是撕開它的手
所製造的手掌大小「迷你閃電」。
同樣原理造成的冬天門把「啪」的一聲，請看冬天為什麼會被靜電電到？；看不見的靜電如何引火，請看加油前為什麼要先摸金屬？
- 把房間弄得漆黑，等約 10 分鐘，讓眼睛適應黑暗。
- 把封箱膠帶（布質或透明的包裝用膠帶）從膠帶台上一口氣拉出來，盯著撕開處看。再跟慢慢撕時的發光情況比較一下。
- 在暗處用力摩擦兩顆冰糖。也比較一下乾燥的日子和下雨的日子。
濕氣重的日子，膠帶表面的電容易順著水分跑掉，所以比較不容易發光。不要在靠近臉的地方撕膠帶，撕下的膠帶請揉成一團再丟掉。
想知道更多的人 ― 名詞・算式・與課本的連結明確標示內容屬於國中自然科到大學專業課程的哪個程度
- 國中國中自然科會學到的範圍
- 高中高中「物理」會學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或課本專欄的內容
- 大學高中不會學、大學專業課程（電磁學・放電工程・固態物理）的內容
- 研究連大學也不會當成「定論」來教，目前研究者仍在探究的內容
國中名詞：這個現象有名字
- 摩擦發光：施加撕開、摩擦、敲碎等力量時，物體發光的現象。
- 靜電（帶電）：物體表面偏向累積正電或負電。光是接觸也會發生，這稱為接觸帶電。
- 放電：累積的電穿過空氣等介質一口氣流動的現象。會伴隨火花或光。
國中高中用算式確認：縫隙 1 毫米時，電壓是多少伏特？
把被撕開的膠帶的兩個面，看成分別帶著正電和負電的兩片平板。帶電量是假設的一例，採用被視為空氣中表面所能保持的上限參考值。
| 用符號寫 | V ＝ σ × d ÷ ε0 |
| 用文字寫 | 縫隙的電壓 ＝ 面上累積的電量（每平方公尺） × 縫隙的寬度 ÷ 真空介電常數 |
| 這個式子從哪來 | 兩片平行平板之間的電場，依高斯定律是 σ ÷ ε0。電壓是「電場 × 距離」，所以只要電量不變，電壓就與縫隙寬度成正比（與電容器的式子相同）。 |
| 符號 | 意義與單位 |
| V | 縫隙的電壓（伏特） |
| σ | 每 1 平方公尺面積上累積的電量（庫侖每平方公尺） |
| d | 縫隙的寬度（公尺） |
| ε0 | 真空介電常數（法拉每公尺）。在空氣中數值也幾乎相同 |
| 累積的電量 σ（假設） | 約 26 微庫侖每平方公尺（被視為空氣中表面所能保持的上限參考值） |
| 真空介電常數 ε0 | 8.85 皮法拉每公尺 |
| 縫隙的寬度 d | 1 毫米 |
| 空氣中可能飛出火花的最低電壓 | 約 300 伏特（一般認為是縫隙為數微米時的值） |
| 1 顆電池的電壓 | 1.5 伏特 |
| 電場 σ ÷ ε0（單位是 100 萬伏特每公尺＝千伏特每毫米） | 26 ÷ 8.85 ≒ 2.94 |
| 縫隙 1 毫米的電壓（伏特） | 2.94 × 1000 ＝ 2940 |
| 縫隙 0.1 毫米（約一根頭髮）的電壓（伏特） | 2940 ÷ 10 ＝ 294 |
| 1 毫米時換算成電池顆數 | 2940 ÷ 1.5 ＝ 1960 |
縫隙只要張開一根頭髮的寬度，電壓就能達到火花的最低門檻約 300 伏特。張開 1 毫米，就相當於大約 2000 顆電池。可見就算電量本身非常小，拉開的距離也會把電壓推高。
高中高中＋電量明明相同，為什麼電壓會上升？
高中被撕開的膠帶，就像極板間距變大的電容器。電量 Q 固定時，電容會與間距成反比變小，電壓 V ＝ Q ÷ C 就與間距成正比變大。撕開時手所做的功，會以靜電能的形式儲存在縫隙裡。
高中＋空氣開始導電的電壓，並不是縫隙越大就單純越高。縫隙太窄時，電子撞上分子的次數不夠，反而更難放電。因此火花飛出的電壓有一個最小值，在空氣中大約是 300 伏特。
大學帕申定律與氮的發光
火花飛出的電壓（火花電壓）只由氣體壓力與縫隙寬度的乘積決定，這稱為帕申定律。膠帶光的顏色，主要來自氮分子稱為「第二正帶」的發光，強線據說在紫外的 337 奈米附近。真空中的 X 射線，則是被加速的電子撞上物體而被偏折時產生的制動輻射。電荷轉移的機制本身，則以接觸帶電（摩擦帶電）的名義，在固態物理與表面化學中研究。
📖 算式的推導與更進階的內容：帕申定律（維基百科，日文版） ／ 摩擦發光（維基百科，日文版）
研究還沒完全弄清楚的事
- 光是接觸，到底轉移了什麼？ 接觸帶電轉移的是電子、離子，還是物質的微小碎片，會因材質而異，至今仍在爭論。
- 膠帶的電為什麼能累積那麼多？ 在真空實驗中，據估計局部累積的電量遠多於空氣中的上限參考值。
- 結晶的光，只靠放電就能說明嗎？ 糖等物質的摩擦發光，除了放電的光，也有人認為還包含結晶本身發出的成分。
也就是說，這篇文章的內容也只是「就目前已知範圍的說明」。就連身邊一捲小小的膠帶裡，也還留著沒解開的問題。
與課本的連結（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 自然科二年級「靜電與電流」 | 接觸就會累積電・放電會發光 |
| 高中 | 物理「電場與電位」「電容器」 | 電壓與縫隙成正比上升的式子 |
| 高中＋ | 物理（進階）「氣體放電」 | 火花飛出電壓的最小值 |
| 大學 | 電磁學・放電工程・光譜學 | 帕申定律、氮的發光、制動輻射 |
| 研究 | 表面科學・摩擦學 | 接觸帶電的機制、撕開方式與發光的關係 |
| ― | 與生活的連結 | 冬天的靜電、濕度與帶電、加油前的除電 |
- Camara, C. G., Escobar, J. V., Hird, J. R., Putterman, S. J. (2008) Correlation between nanosecond X-ray flashes and stick–slip friction in peeling tape. Nature 455, 1089–1092.
- 摩擦発光（摩擦發光） ― ウィキペディア（維基百科日文版）
- パッシェンの法則（帕申定律） ― ウィキペディア（維基百科日文版）
- Sweeting, L. M. (2001) Triboluminescence with and without air. Chemistry of Materials 13, 854–870.
- 高校物理の教科書（日本高中物理課本）「電場と電位」「コンデンサ」的單元
※本文是寫給一般大眾的科學解說。文中的數值是為了幫助理解原理的參考值與概算。帶電量會因條件而大幅變動，文中的數值是依據假設的一例。