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=> 静电的产生及危害 |
发布日期：[2009/12/11]
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一、静电相关概念
1.静电概念：即相对静止不动的电荷（Electro-Static），通常指因不同物体之间相互摩擦而产生的在物体表面所带的正负电荷。
2.静电放电：指具有不同静电电位的物体由于直接接触或静电感应所引起的物体之间静电电荷的转移（Electro-Static-Discharge）。通常指在静电场的能量达到一定程度之后，击穿其间介质而进行放电的现象。
3.静电积聚：绝缘体带电后由于材料本身的高电阻而使电荷保持在绝缘体上；被绝缘的导体也使电荷保持在导体上，二者均称为静电的积聚。通常情况下，纯净的气体是绝缘体，因此悬浮状态的颗粒云、液滴云或雾都能将它们的电荷保持很长时间而与其自身的电导率无关。在所有情况下，电荷以一定速率泄漏，其速率由系统内绝缘体的电阻决定。因此，系统危险程度直接取决于该系统的电阻、电阻率或电导宰的大小。静电泄漏是按指数规律进行的。在许多工业生产过程中，静电连续产生，并积累在一个孤立的导体上。例如，稳定的带电液体或粉体，沉入一个孤立金属容器时就是如此。孤立导体上的电位是电荷的输入速率与泄漏速率平衡的结果。
4.静电放电：积聚在液体或固体上的电荷，对其他物体或接地导体放电时可能引起灾害。静电放电在形式上和引燃能力上有很大差别。
(a)火花放电：火花放电是发生在液态或固态导体之间的放电。其特征是有明亮的放电通道，通道内有很高的电流，整个通道内的气体完全电离。放电很快且有很响的爆裂声。两导体之间的电场强度超过击穿强度时就会发生火花放电。对于平行板或曲率半径很大的面，如果间隙为10mm或10mm以上，击穿强度约为3×103kV／m；如果间隙减少，击穿强度随之略增大。因为发生放电的是导体，所以所有电荷几乎全部进入火花，即几乎火花消耗掉所有静电能量。如果导体和大地之间的放电通路上有电阻，火花能量将小于该值，但火花持续时间较长。
(b)电晕放电：当导体上有曲率半径很小的尖端存在时，则发生电晕放电。电晕放电可能指向其他物体也可能不指向某一特定方向。电晕放电时，尖端附近的场强很强，尖端附近气体被电离，电荷可以离开导体；而远离尖端处场强急剧减弱，电离不完全，因而只能建立起微小的电流。电晕放电的特征是伴有“嘶嘶”的响声，有时有微弱的辉光。电晕放电可以是连续放电，也可以是不连续的脉冲放电。电晕放电的能量密度远小于火花放电的能量密度。在某些情况下，如果升高尖端导体的电位，电晕会发展成为通向另一物体的火花。
(c)刷形放电：刷形放电发生在导体与非导体之间，是自非导体上许多点发出短小火花的放电。每个火花由非导体表面能够流进其内的电量来决定。其放电总体经常有刷子似的形状。如果导体很尖，导体处的放电将具有电晕放电那样向前扩展的特征。
(d)场致发射放电：是从物体表面发射出电子的放电。其能量很小，因此只有在涉及敏感度很高的易爆物品时才需要重视。
(e)雷形放电：当悬浮在空气中的带电粒子形成大范围；高电荷密度的空间电荷云时，可发生闪雷状的所谓雷形放电。受压液体、液化气高速喷出时可能发生雷形放电，雷形放电能量很大，引燃危险也很大。
5.静电引燃：静电放电能否引燃易燃、易爆混合物，取决于混合物的成分和温度、放电能量以及能量随时间的分布和在空间的分布。引燃源经常是导体的火花放电。因此，火花放电通常被用来测试引燃能量。通常，选取试验电压为10kV。大多数有机蒸气和烃类气体的最小引燃能量都在几0.0l一0.1mJ之间。乙炔和氢在空气中的最小引燃能量都是0．02mJ左右，而炸药的最小引燃能量可低至0．001mJ。丙酮为1．15 mJ，异丙酵为0．65 mJ。
二、静电产生原因的物理解释
1. 微观原因：根据原子物理理论，电中性时物质处于电平衡状态。由于不同物质原子的接触产生电子的得失，使物质失去电平衡，产生静电现象。
2. 宏观原因：
A.物体间摩擦生热，激发电子转移；
B.物体间的接触和分离产生电子转移；
C.电磁感应造成物体表面电荷的不平衡分布；
D.摩擦和电磁感应的综合效应
三、现实生产、生活中静电产生的几种形式
1.接触起电：接触起电可发生在固体-固体、液体-液体或固体-液体的分界面上。气体不能由这种方式带电，但如果气体中悬浮有固体颗粒或液滴，则固体颗粒或液滴均可以由接触方式带电，以致这种气体能够携带静电电荷。
2.破断起电：不论材料破断前其内部电荷分布是否均匀，破断后均可能在宏观范围内导致正负电荷分离，产生静电。这种起电称破断起电。固体粉碎、液体分裂过程的起电都属于破断起电。
3.感应起电：导体能由其周围的一个或一些带电体感应而带电。任何带电体周围都有电场，电场中的导体能改变周围电场的分布，同时在电场作用下，导体上分离出极性相反的两种电荷。如果该导体与周围绝缘则将带有电位，称感应带电。导体带有电位，加上它带有分离开来的电荷。因此，该导体能够发生静电放电。
4.电荷迁移：当一个带电体与一个非带电体相接触时，电荷将按各自导电率所允许的程度在它们之间分配，这就是电荷迁移。当带电雾滴或粉尘撞击在固体上(如静电除尘)时，会产生有力的电荷迁移。当气体离子流射在初始不带电的物体上时，也会出现类似的电荷迁移。
四、影响静电产生的因素
静电产生受物质种类、杂质、表面状态、接触特征、分离速度、带电历程等因素的影响。
1.物质种类：相互接触的两种物体材质不同时，界面双电层和接触电位差亦不同，起电强弱也不同。在静电序列中相隔较远的两种物体相接触产生的接触电位差较大。
2.杂质：一般情况下，混入杂质有增加静电的趋向。但当杂质的加入降低了原有材料的电阻率时，则有利于静电的泄漏。由于静电产生多表现为界面现象，所以，当固体材料表面被水及其污物污染时会增强静电。
3.表面状态：表面粗糙，使静电增加；表面受氧化也使静电增加。
4.接触特征：接触面积增大、接触压力增大都可使静电增加。
5.分离速度：分离速度越高，所产生静电越强。所产生静电大致与分离速度的二次方成正比。
6.带电历程：带电历程会改变物体表面特性，从而改变带电特征。一般情况下，初次或初期带电较强，重复性或持续性带电较弱。
五、静电的危害
静电的危害很多，它的第一种危害来源于带电体的互相作用。在飞机机体与空气、水气、灰尘等微粒摩擦时会使飞机带电，如果不采取措施，将会严重干扰飞机无线电设备的正常工作，使飞机变成聋子和瞎子；在印刷厂里，纸页之间的静电会使纸页粘合在一起，难以分开，给印刷带来麻烦；在制药厂里。 由于静电吸引尘埃，会使药品达不到标准的纯度；在放电视时荧屏表面的静电容易吸附灰尘和油污，形成一层尘埃的薄膜，使图像的清晰程度和亮度降低；就在混纺衣服上常见而又不易拍掉的灰尘，也是静电捣的鬼。静电的第二大危害，是有可能因静电火花点燃某些易燃物体而发生爆炸。漆黑的夜晚，我们脱尼龙、毛料衣服时，会发出火花和“叭叭”的响声，这对人体基本无害。但在手术台上，除电火花会引起麻醉剂的爆炸，伤害医生和病人；在煤矿，则会引起瓦斯爆炸，会导致工人死伤，矿井报废。使产品的质量下降，在印刷厂里，纸张间由于摩擦带电，使纸张粘在一起，难于分开，给印刷带来麻烦；在印染厂里，棉纱、毛线、人造纤维上的静电吸引空气中的尘埃，使印染质量下降． 妨碍电子器件的正常工作甚至损坏某些部件，静电对现代高精密度、高灵敏度的电子设备很有影响，带静电很多的人，会妨碍电子计算机的运行，甚至会由于火花放电击穿某些电子器件．由于火花放电而引起火灾，油罐车在行驶过程中因为燃油与油罐摩擦，产生静电，如果静电大量积累，会产生火花放电而引发爆炸．
总之，静电危害起因于用电力和静电火花，静电危害中最严重的静电放电引起可燃物的起火和爆炸。人们常说，防患于未然，防止产生静电的措施一般都是降低流速和流量，改造起电强烈的工艺环节，采用起电较少的设备材料等。最简单又最可靠的办法是用导线把设备接地，这样可以把电荷引人大地，避免静电积累。细心的乘客大概会发现；在飞机的两侧翼尖及飞机的尾部都装有放电刷，飞机着陆时，为了防止乘客下飞时被电击，飞机起落架上大都使用特制的接地轮胎或接地线； 以泄放掉飞机在空中所产生的静电荷。我们还经常看到油罐车的尾部拖一条铁链，这就是车的接地线。适当增加工作环境的湿度，让电荷随时放出，也可以有效地消除静电。潮湿的天气里不容易做好静电试验，就是这个道理。科研人员研究的抗静电剂，则能很好地消除绝缘体内部的静电。
然而，任何事物都有两面性。对于静电这一隐蔽的捣蛋鬼。 只要摸透了它的脾气，扬长避短，也能让它为人类服务。比如， 静电印花、静电喷涂、静电植绒、静电除尘和港电分选技术等， 已在工业生产和生活中得到广泛应用。静电也开始在淡化海水，喷洒农药、人工降雨、低温冷冻等许多方面大显身手，甚至在宇宙飞船上也安装有静电加料器等静电装置。
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