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1 # 科學小哥
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天乾物燥,小心“靜電”。
靜電放電什麼是靜電呢?
自然界中有兩種電荷(富蘭克林命名)
(1)正電荷:絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷
(2)負電荷:毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷
同種電荷相互排斥,異種電荷相互吸引。
據專業機構測算,翻閱塑膠書大約產生7000伏靜電干擾,在室內走動可能產生6000伏電壓,屁股在椅子上一蹭會產生1800伏以上的電壓,而聽到噼啪聲時已有上萬伏的電壓了。北方乾燥地區的朋友對此應該深有感觸。
為什麼一般情況下我們感覺不到物體帶電呢?
物質同時帶有兩種電荷,正電荷和負電荷。由於正負電荷數量相等,相互抵消,所以一般情況下我們感覺不到物體帶電。
靜電是如何產生的?
靜電的產生是由於不同的物體之間接觸、摩擦或感應時,一個物體失去一些電子而帶正電,電子轉移到另一物體上使其帶負電。若在物體分離的過程中電荷難以中和,積累在物體上的電荷就形成了靜電。
我們知道,物質都是由分子組成,分子是由原子組成,原子中有帶負電的電子和帶正電荷的質子組成。在正常狀況下,一個原子的質子數與電子數量相同,正負平衡,所以對外表現出不帶電的現象。但是電子環繞於原子核周圍,一經外力即脫離軌道,離開原來的原子兒而侵入其他的原子B,A原子因缺少電子數而帶有正電現象,稱為陽離子;B原子因增加電子數而呈帶負電現象,稱為陰離子。
造成不平衡電子分佈的原因即是電子受外力而脫離軌道,這個外力包含各種能量(如動能、位能、熱能、化學能……等)在日常生活中,任何兩個不同材質的物體接觸後再分離,即可產生靜電。
(1)接觸起電
當兩個不同的物體相互接觸時就會使得一個物體失去一些電荷如電子轉移到另一個物體使其帶正電,而另一個體得到一些剩餘電子的物體而帶負電。若在分離的過程中電荷難以中和,電荷就會積累使物體帶上靜電。所以物體與其它物體接觸後分離就會帶上靜電。通常在從一個物體上剝離一張塑膠薄膜時就是一種典型的“接觸分離”起電,在日常生活中脫衣服產生的靜電也是“接觸分離”起電。
固體、液體甚至氣體都會因接觸分離而帶上靜電。為什麼氣體也會產生靜電呢?因為氣體也是由分子、原子組成,當空氣流動時分子、原子也會發生“接觸分離”而起電。所以在我們的周圍環境甚至我們的身上都會帶有不同程度的靜電,當靜電積累到一定程度時就會發生放電。
(2)摩擦起電
我們都知道摩擦起電而很少聽說接觸起電。實質上摩擦起電是一種接觸又分離的造成正負電荷不平衡的過程。摩擦是一個不斷接觸與分離的過程。因此摩擦起電實質上是接觸分離起電。在日常生活,各類物體都可能由於移動或摩擦而產生靜電:工作桌面、地板、椅子、衣服、紙張、卷宗、包裝材料、流動空氣。
生活中的摩擦起電現象:
在乾燥的秋冬季節,晚上脫毛衣時會發現一些小火花,並伴有“啪啪”的響聲,這是由於脫毛衣時因摩擦起電,發生放電的緣故。電視機的熒光屏上經常粘有灰層,這是因為電視機工作時,螢幕上有電荷,而具有了吸引輕小物體的性質。哇!好嚇人哦!你看她們還在笑。
儘管攜帶了令人吃驚的靜電電位,但由於並未瞬間釋放,因此人體並無感覺。
(3)感應起電
另一種常見的起電是感應起電。除物體除接觸後分離能起電外,當帶電物體接近不帶電物體時會在不帶電的導體的兩端分別感應出負電和正電,如下圖1所示。當物體A與C發生放電時會造成C與B之間放電,如下圖2所示。若C與B之間不發生放電,則C會帶上剩餘的電荷,如下圖所示。
其它起電方式有:熱電和壓電起電、亥姆霍茲層、噴射起電等。
總結:所有帶電的實質都是:電子的轉移。放電現象
(1)火花放電
因為靜電間的相互用力,會使帶靜電的物體間有引力和斥力,當靜電積累到一定程度時,會產生火花放電。
(2)接地放電
用導線將帶電導體與大地連線起來,電荷中和。
典型的例子:雷電和避雷
雷電產生的原因:主要是由於雲層的相互摩擦。摩擦導致了雲層帶異種電荷的大量積累。靠近地面的雲層中電荷的大量積聚,會使地面因靜電感應而引起電荷的集聚。
雲層之間、雲層與在地面之間形成幾百萬伏以上的電壓。這個電壓足可以擊穿空氣(使空氣電離),產生幾十萬安培的瞬間電流。電流生熱使空氣發光,叫做閃電;空氣受熱突然膨脹發出巨響,叫做雷聲。
靜電的應用
(1)靜電除塵
除塵原理:高壓電源的正級接到金屬圓筒上,負極接到縣掛在管心的金屬線上,它們之間有很強的電場,而且距管心的金屬線越近,場強越大。因此,金屬線附近的氣體分子被強電場電離,成為電子和正離子。
在電場力的作用下,正離子被吸引到金屬線上,得到電子而成為分子;電子向著金屬圓筒正極運動的過程中,附在空氣中的塵埃上,使塵埃帶上負電,並被吸附到金屬圓筒上。塵埃積累到一定程度,在重力作用下落入下面的漏斗中。此裝置既可以清潔環境又可回收塵埃中的用用物質。
(2)靜電噴漆
(3)靜電覆印
(4)靜電植絨
(此處省略...)
靜電的危害
(1)靜電吸塵
電視機的熒屏表面容易吸附灰塵,使影象的清晰度和亮度下降。混紡衣服上常出現不易拍掉的灰塵。印刷廠裡,紙頁之間因靜電而粘合,給印刷帶來不便。製藥廠時,因靜電吸引塵埃,使藥品達不到標準純度。
(2)靜電火花
醫院手術檯上,靜電火花會引起麻醉劑爆炸。煤礦裡,靜電火花會引起瓦斯爆炸。在航天工業裡,靜電放電會干擾航天器的執行,甚至會造成火箭和衛星的發射失敗。在石化工業裡,因靜電放電引起的事故屢見不鮮。
靜電的能量和破壞性是不可忽略的一個問題。
近年來隨著科學技術的飛速發展、微電子技術的廣泛應用及電磁環境越來越複雜,對靜電放電的電磁場效應如電磁干擾(EMI)及電磁相容性(EMC)問題越來越重視。
大部分器件的靜電破壞電壓都在幾百至幾千伏,而在乾燥的環境中人活動所產生的靜電可達幾千伏到幾萬伏。
靜電是時時刻刻到處存在的,但是在二十世紀40-50年代很少有靜電問題,因為那時是晶體三極體和二極體,而所產生靜電也不如現在普遍存在。在60年代,隨著對靜電非常敏感的MOS器件的出現,靜電問題也出現了,到70年代靜電問題越來越來嚴重。80-90年代,隨著積體電路的密度越來越大,一方面其二氧化矽膜的厚度越來越薄(微米_奈米),其承受的靜電電壓越來越低。另一方面,產生和積累靜電的材料如塑膠,橡膠等大量使用,使得靜電越來越普遍存在,僅美國電子工業每年因靜電造成的損失達幾百億美元,因此靜電破壞已成為電子工業的隱形殺手。是電子工業普遍存在的"硬病毒",在某個時刻內外因條件具備時就要發作。
防止靜電危害的基本方法是什麼?儘快地將靜電導走,避免越積越多。
TIPS:防靜電小知識
對於體內積存靜電較多的人,可以透過“輸出”的方式將其消耗掉。在家裡灑些水,不便弄溼地板的地方,放置一兩盆清水,同樣可以達到增加室內空氣溼度的目的。室內可用加溼器,擺放花草或在室內飼養觀賞魚。為避免靜電擊打,可用小金屬器件(如鑰匙)、棉抹布等先碰觸大門、門把、水龍頭、椅背、床欄等消除靜電,再用手觸及。電視機不能擺放在臥室。人們看電視時要開啟窗戶,同電視機保持2-3米距離,看完之後要洗臉、洗手。對老人、小孩、靜電敏感者、查不出病因的心臟病人、神經衰弱和精神病患者等建議在冬季穿純棉內衣、內褲,被裡、床單、被罩等要用天然紡織物,儘量不要穿化纖質地的服裝,以減少靜電對人的不良影響。勤洗澡、勤換衣服,能有效消除人體表面積聚的靜電。 當頭發無法梳理服帖時,將梳子浸在水中,等靜電消除之後,便可隨意梳理了。洗頭髮時儘量使用潤髮露或護髮素。 赤足有利於體表積聚的靜電釋放。因此,休閒時,不要放過赤足的一切機會。 多吃蔬菜、水果、酸奶等酸性食品,多飲水,同時補充鈣質和維生素C,以減輕靜電影響。
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如何防止身上的靜電放電打擊 人們在日常生活裡,有時由於穿著、氣候、摩擦等原因,常常導致身體積累靜電,而突然碰處金屬時,就會招受電擊的疼痛感,某階段常發生時甚至可以造成某種心理壓力。如果暫時迴避接觸鐵器,身上的電荷可能會積累更多,早晚會受更大的電擊。 下面是兩個小竅門,有助於防止這種電擊。 1、在房屋內,地毯與鞋底摩擦後可能產生靜電,在屋外也可能由於颳風導致身上帶電。這時進出要碰鐵門時小心,手可能挨電打。反覆遇到這樣的情況後,可採取如下辦法避免電擊: 在碰鐵門時,不要直接用手直接接觸鐵門,而是用手先大面積抓緊一串你口袋裡的鑰匙(通常這並不會遭電擊),然後,用一個鑰匙的尖端去接觸鐵門,這樣,身上的電就會被放掉,而且不會遭電擊。 原理:手上放電的疼痛是由於高壓放電,由於放電時手與鐵門突然接觸時是極小面積的接觸,因而產生瞬間高壓。如果拿出來口袋裡的鑰匙,先大面積握住鑰匙(一串鑰匙本身不能傳走多少電荷因而這時也不會有電擊),再用一把鑰匙的尖端去接觸大的導體,這時,放電的接觸點就不是手面板上的某個點,而是鑰匙尖端,因此手不會感到疼痛(也許鑰匙會!----如果它有疼感的話)。 2、下出租車時也常發生電擊現象。主要由於下車時身體與座位摩擦產生靜電積累,而下車後關門時,手突然碰鐵門就會遭電擊。 這種情況常發生時,最好注意:下車時,即在身體與座位摩擦時,就提前手扶金屬的車門框,可以在摩擦產生靜電時,隨時把身上的靜電排掉,而不至於下車後突然手碰鐵門時放電。