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静电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。

起电

使物体带上电荷叫做“起电”。组成物质的原子由带正电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。

视频

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参考文献

  1. 富兰克林放风筝发现电?完全是假的!,快科技,2015-09-24  
  2. 消除静电的方法有哪些?,安全管理网,2010-11-21