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;是物體表面正負電荷發(fā)生分離的一種物理現象。
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會產生放電電流。
3、靜電的特點
①高電位:設備或人體上的靜電位可達數萬至數十萬伏,操作時常達數百至數千伏(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、靜電產生的原因
1微觀原因(內因)
根據原子物理理論,電中性時物質處于電平衡狀態(tài)。由于不同物質的原子的接觸產生電子的得失,使物質失去平衡,產生靜電現象。
物質是由分子組成,分子是由原子組成,原子是帶有負電荷的電子和帶有正電荷的質子組成。在正常情況下,一個原子的質子數和電子數相同,正負平衡,所以對外表現出不帶電的現象。
當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)電子轉移。
②物體間的接觸和分離產生電子轉移。
③電磁感應造成物體表面電荷的不平衡。
④摩擦和電磁感應的綜合效應。
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生的正負電荷分離。也包括氣體的離子化,噴射帶電以及粉塵、雪花和暴風雨中的帶電現象。
2靜電起電方式:
①摩擦起電:電子從一個物體轉移到另一個物體(電子得失);
②接觸起電:實際上是電荷發(fā)生了轉移。一個帶電的物體與一個不帶電的導體接觸,使導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:兩個完全相同的導體接觸,均分剩余電量。
③感應起電:當一個帶電體靠近導體時,使導體靠近帶電體的一端帶異號電荷,遠離的一端帶同號電荷,這種現象稱為靜電感應。如下圖:
規(guī)律:近端感應異種電荷,遠端感應同種電荷。
*起電方式還包括:熱電、壓電、沖流、冷凍、電解、溫差等。
*靜電產生的物理過程:
接觸、分離和感應 → 電荷轉移 → 偶電層形成 → 電荷分離 → 靜電產生
*起電的本質:
無論是哪種起電方式,其本質都是將正、負電荷分開,使電荷發(fā)生轉移,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,物質的微觀結構和性質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:物質內部的化學組成。
ⅱ:物質表面的化學組成(如污染、氧化、吸附等)。
ⅲ:分子結構,取向性(拉伸改變分子取向使帶電狀態(tài)發(fā)生變化),結晶性。
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。
③環(huán)境的溫、濕度:
△環(huán)境溫濕度的變化,會引起物質表面及其周圍介質電導率的變化,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?。欢鳵H<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。