静电
静电是电荷在物质系统中的不平衡分布产生的现象。用毛皮摩擦琥珀、丝绸摩擦玻璃棒等方法均能使物体带电。物体带电后,电荷会保持在物体上,除非被其他物体移走,所以称之为“静电”。静电与电流不同,后者是电荷在导体中的定向移动产生的电学现象。带电物体往往具有吸引轻小物体(比如纸屑)的性质。
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起电
使物体带上电荷叫做“起电”。组成物质的原子由带正电的原子核和带负电的电子组成。正常情况下,物体中正负电荷电量相等,对外不显示出电性,即不带电。在一定的外部作用下(比如摩擦),物体得到或失去一定数量的电子,使物体内部正负电荷电量不相等,物体就会对外呈现电性,即带电。物体带电后,可以使用静电验电器检验电荷的种类和多少。
摩擦起电
用摩擦的方法使物体带电叫做摩擦起电。两种不同物质相互摩擦时,电子在物体之间发生转移,是摩擦起电的实质。两种物质接触时,由于两者的电子逸出功不同,电子会从低逸出功的物质流向高逸出功的物质。这是由于两物体接触点电势相同,高逸出功的物质对应电子能量更低。失去电子的物质逐渐带上正电,得到电子的物质逐渐带上负电,最终正负电荷建立的反向电场与使电子流动的效应抵消,电子的转移停止。
正负电荷的定义是由摩擦起电产生的。用丝绸摩擦过的玻璃棒上所带的电荷是正电荷,用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷是负电荷。这种命名法由本杰明·富兰克林首先提出[1],一直沿用到现在。至于摩擦起电过程中电子的流向,仍没有很好的理论能够给予合理的解释。
放电
静电积累之后,由于不同物体电势不同,电荷通过瞬间电流发生转移的过程称为放电。冬季手和金属之间的火花、闪电等现象都属于放电。
物体由于积累静电而携带的能量取决于电荷量大小、物体的大小、物体的电容以及周围介质的相对介电常数。为了估算放电对精密仪器的影响,人体通常由一个电容为100pF,电压4000到35000伏特的电容器代替,以此进行研究。当人们触摸物体时,这些能量在不到1毫秒的时间内释放出来。虽然释放的能量很小(大约为0.001焦耳的数量级),但仍能对敏感的仪器造成损害。更大的物体能储存更多的能量,甚至能对人体造成直接危害,或者产生足以点燃可燃气体或粉尘的电火花。
静电的消除和预防
消除静电的最简单方法就是使用空气加湿器,提高空气的相对湿度可以增强空气的导电性[2],有利于物体上的静电经过空气被导走。使用离子发生器也能达到相同的效果。
对静电放电敏感的物体可以使用抗静电剂,使它们的表面变得容易导电,从而防止静电积累。
许多半导体设备对静电很敏感,这些电路元件通常需要用防静电包装(例如由金属网制成)来进行保护。在对含有敏感元件的电路进行操作时,人们也会穿戴防静电装置。
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参考文献
- ↑ 富兰克林放风筝发现电?完全是假的!,快科技,2015-09-24
- ↑ 消除静电的方法有哪些?,安全管理网,2010-11-21