静电的基本概念.doc

PAGE PAGE 1 （一）静电的基本概念 一．静电及其与工业用电的区别 静电并不是静止不动的电，而是指电荷在空间稍为缓慢移动，其磁场效应比起电场的作用可以忽略的电。由于电荷和电场存在而产生的一切现象均称为静电现象。 从电的本质及一般所具有的特性、规律来看，静电与工业用电是一样的，但二者具有明显的区别。 （1）起电方式不同 一般工业用电是由电磁感应原理产生，而静电，除静电技术应用和少数情况例外，大量的是因接触、摩擦、分离而起电的。 （2）能量相差很大 静电在空间积蓄的能量密度（1/2ε0E2）一般最大不超过45焦耳/米3（J/m3），而电磁机器空间积蓄的能量密度（1/2μ0H2）却很容易达到106焦耳/米3（J/m3），二者能量相差可达105倍。 （3）表现形式不同 静电电位往往高达几千伏，甚至几万伏，而工业用电常用相电压220伏，线电压380伏。静电电流很小，常为毫微安（10-9A）数量级，工业用电则常用安培（A），几十安培（A）数量级。 （4）欧姆定律的适用性不同 工业用电的电路是符合欧姆定律，即R=V/I，然而静电释放电路则很难适用欧姆定律，因为静电的泄漏和释放的途径，除物体内部和表面外，还可以向空间释放泄漏，故无法准确计测静电泄漏电流和泄漏电阻。 二．静电分类和摩擦带电机理 1．静电的分类 （1）按起电的方式分： 接触摩擦分离起电 两种不同的物体相互接触摩擦分离，各自产生数量相同，极性相反的电荷，此类起电方式大量出现在各行各业和日常生活中。 静电感应起电 当一个中性物体靠近带电体，或带电体移近一个中性物体时，由于带电物体电场作用，这中性物体在靠近带电物体的一端出现带电物体电荷极性相反的电荷，而远离的一端出现与带电物体所带电荷极性相同的电荷。这类起电方式也是大量存在的。 电磁感应起电 现代工业和日常生活中用的动力电、照明电等都是利用电磁感应发电原理起电的。静电技术应用也都是利用电磁感应发电原理的低压电变换成高压电的新技术应用。 射线电离空气起电 空气、绝缘体在放射性同位素α、β、γ射线的照射下，会使中性分子电离起电。 ⑤物质三态变化起电 水是良导体，而冰是带电的，液态水变成水蒸汽—气态、水蒸汽是带电。 水蒸汽上升遇冷凝结成水珠、雪或冰雹等，也是带电的。 ⑥分子分裂起电 物体的变形、破碎、断裂等都会使其中性分子分裂而带电，甚至突然断裂、破碎的瞬间出现放电火星。 ⑦极化起电 在电场中，一些不带电的电介质的正负偶极子电荷，在电场力的作用下，会相互向反方向微小的变位，而对多数极化性分子来说，其偶极子会定向排列，因此，出现一端为负电性，另一端成为正电性，通称为介电极化。 一些电介质当施加一定压力后，会发生电极化，当施加电场会发生偶极距倾斜，前者为压电效应，后者为压电热效应，通称为压电极化。 而一些介质在外电场不存在的情况下，将永久地保存着电极化，会在周围形成电场，这样的物体叫驻极体。驻极体由制取方法不同，又有热驻极体、电驻极体、光驻极体、放射性驻极体和电磁驻极体等等。 ⑧场致发射起电 粒子在任意电场中，会变为一个电偶极子，若电场强度很高，粒子中的电子可能被高电场作用从负端引出，称电子场致发射，或者粒子中的正离子可能被从正端引出，称正端子场致发射。 籍此种方法能在短时间获得大量电子，利用电子场致发射的脉冲系统作为X-射线的短脉冲，以及高速射影中曝光。 （2）按带电体分类 ①固体带电：塑料、橡胶、胶片、纸张、薄膜、布匹、化纤等在挤出、脱模、烘压、辊压、刮胶、收卷、传送、切割等作业生产过程的带电现象。 ②液体带电：各种绝缘油品、绝缘试剂、污油水等在装卸、喷出、搅拌、清洗、运输作业过程中的带电现象。 ③气体带电：压力气体的排放、泄喷的气体、水蒸汽喷出、蒸汽雾云、管道中流动中气体的带电。 ④粉体带电：塑料粉、医药粉、农药粉、火药粉、粮食粉、巧克力、奶粉等粉碎、筛分，气流输送等作业的带电。 人体带电 人体生理变化或运动，身体各器官组织也在表现出电性，如人体细脆膜的静止电位约有100mv。 生物带电 自然界许多生物是带电。如蜜蜂脚上带有6～7V的静电，将花粉吸住。海里还有一种带电的电鱼，这种电鱼能产生几百伏的电位，而它的发电器官只有数微米大小的细胞。听说非洲还有一种电树。 （3）按电荷性质分类 单极性电荷、双极性电荷、正电荷、负电荷 摩擦带电机理 工业生产和日常生活中，到处存在摩擦带电现象，然而两种物体摩擦如何起电，有必要作一简明、扼要、通俗叙述。 （1）带电的三个过程： 任何物体摩擦带电都脱离不了这三个过程 接触——电荷转移 两种物体接触，界面间距达到10-8cm（即：埃）数量级时，就会发生两物体间的电荷转移，在界面形成所谓的“双电层”，在液体中有形成“电偶离子层”之说。这“双