一、靜電的定義與特點
1.定義
靜電即相對靜止的電荷,是物體表面過剩或不足的靜電荷;是物體表面正負(fù)電荷發(fā)生分離的一種物理現(xiàn)象。
2.靜電的基本物理特性
①相互吸引或排斥;
②與大地有電位差;
③會產(chǎn)生放電電流。
3.靜電的特點
①高電位:設(shè)備或人體上的靜電位可達數(shù)萬至數(shù)十萬伏,操作時常達數(shù)百至數(shù)千伏=(人通常對3kv以下靜電不易感覺到)。
②低電量:通常為毫庫侖(mC,10-3C)、微庫侖級(μC,10-6C)。
③小電流:多為微安級(μA,10-6A)。
④作用時間短:微秒級(μS, 10-6S)。
⑤受環(huán)境影響大:特別是濕度的影響,濕度上升則靜電積累減少,靜電壓下降。
二、靜電產(chǎn)生的原因
1.微觀原因(內(nèi)因)
根據(jù)原子物理理論,電中性時物質(zhì)處于電平衡狀態(tài)。由于不同物質(zhì)的原子的接觸產(chǎn)生電子的得失,使物質(zhì)失去平衡,產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。
物質(zhì)是由分子組成,分子是由原子組成,原子是帶有負(fù)電荷的電子和帶有正電荷的質(zhì)子組成。在正常情況下,一個原子的質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)相同,正負(fù)平衡,所以對外表現(xiàn)出不帶電的現(xiàn)象。
當(dāng)兩個不同的物體相互接觸時,就會使得一個物體失去電荷,電子轉(zhuǎn)移到另一物體,使其帶正電;而另一個得到一些剩余電子的物體帶負(fù)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。即一物體與其他物體接觸分離就會帶上靜電。
2.宏觀原因(外因)
①物體間摩擦生熱,激發(fā)電子轉(zhuǎn)移。
②物體間的接觸和分離產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移。
③電磁感應(yīng)造成物體表面電荷的不平衡。
④摩擦和電磁感應(yīng)的綜合效應(yīng)。
三、靜電起電定義及方式
1.靜電起電定義:
靜電起電包括正負(fù)電荷發(fā)生的一切過程。如:通過固體與固體表面,固體與液體表面之間的接觸、摩擦、碰撞,固體或液體表面的破裂等機械作用產(chǎn)生的正負(fù)電荷分離。也包括氣體的離子化,噴射帶電以及粉塵、雪花和暴風(fēng)雨中的帶電現(xiàn)象。
2.靜電起電方式:
①摩擦起電:電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體(電子得失);
②接觸起電:實際上是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移。一個帶電的物體與一個不帶電的導(dǎo)體接觸,使導(dǎo)體帶上同種電性的電荷過程(比例分配);
異種電荷接觸,先中和后平分。
規(guī)律:兩個完全相同的導(dǎo)體接觸,均分剩余電量。
③感應(yīng)起電:當(dāng)一個帶電體靠近導(dǎo)體時,使導(dǎo)體靠近帶電體的一端帶異號電荷,遠(yuǎn)離的一端帶同號電荷,這種現(xiàn)象稱為靜電感應(yīng)。
規(guī)律:近端感應(yīng)異種電荷,遠(yuǎn)端感應(yīng)同種電荷。
起電方式還包括:熱電、壓電、沖流、冷凍、電解、溫差等。
靜電產(chǎn)生的物理過程:
接觸、分離和感應(yīng)→電荷轉(zhuǎn)移→偶電層形成→電荷分離→靜電產(chǎn)生
起電的本質(zhì):
無論是哪種起電方式,其本質(zhì)都是將正、負(fù)電荷分開,使電荷發(fā)生轉(zhuǎn)移,并不是創(chuàng)造電荷。
3.影響材料起靜電的因素:
①材料本身起靜電性能,物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是決定靜電帶電序列的主要因素,直接影響起電符號和帶電量的大。
ⅰ:物質(zhì)內(nèi)部的化學(xué)組成。
ⅱ:物質(zhì)表面的化學(xué)組成(如污染、氧化、吸附等)。
ⅲ:分子結(jié)構(gòu),取向性(拉伸改變分子取向使帶電狀態(tài)發(fā)生變化),結(jié)晶性。
ⅳ:物體形狀,大小,空間位置(決定物體帶電電量的極限值)。
②接觸的緊密程度,壓力,摩擦的速度:
摩擦,壓力等因素不是靜電起電的必要條件,單純的“接觸--分離”會使物體帶電,但摩擦等因素可以增強起電效應(yīng)。
③環(huán)境的溫、濕度:
△環(huán)境溫濕度的變化,會引起物質(zhì)表面及其周圍介質(zhì)電導(dǎo)率的變化,從而使物體上所帶電荷通過物體表面和周圍介質(zhì)泄露的快慢程度發(fā)生變化,影響物體靜電帶電的電量。
△環(huán)境濕度RH>80%時,任何物體所帶靜電電量都很。欢RH<30%且溫度較低時,物體因靜電起電的電量可以很大;RH>40%時,靜電量急劇下降;RH>60%時,靜電量趨于穩(wěn)定。