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靜電電荷在物質系統中的不平衡分布產生的現象。用毛皮摩擦琥珀絲綢摩擦玻璃棒等方法均能使物體帶電。物體帶電後,電荷會保持在物體上,除非被其他物體移走,所以稱之為「靜電」。靜電與電流不同,後者是電荷在導體中的定向移動產生的電學現象。帶電物體往往具有吸引輕小物體(比如紙屑)的性質。

目錄

起電

使物體帶上電荷叫做「起電」。組成物質的原子由帶正電原子核和帶負電的電子組成。正常情況下,物體中正負電荷電量相等,對外不顯示出電性,即不帶電。在一定的外部作用下(比如摩擦),物體得到或失去一定數量的電子,使物體內部正負電荷電量不相等,物體就會對外呈現電性,即帶電。物體帶電後,可以使用靜電驗電器檢驗電荷的種類和多少。

摩擦起電

用摩擦的方法使物體帶電叫做摩擦起電。兩種不同物質相互摩擦時,電子在物體之間發生轉移,是摩擦起電的實質。兩種物質接觸時,由於兩者的電子逸出功不同,電子會從低逸出功的物質流向高逸出功的物質。這是由於兩物體接觸點電勢相同,高逸出功的物質對應電子能量更低。失去電子的物質逐漸帶上正電,得到電子的物質逐漸帶上負電,最終正負電荷建立的反向電場與使電子流動的效應抵消,電子的轉移停止。

正負電荷的定義是由摩擦起電產生的。用絲綢摩擦過的玻璃棒上所帶的電荷是正電荷,用毛皮摩擦過的橡膠棒所帶的電荷是負電荷。這種命名法由本傑明·富蘭克林首先提出[1],一直沿用到現在。至於摩擦起電過程中電子的流向,仍沒有很好的理論能夠給予合理的解釋。

放電

靜電積累之後,由於不同物體電勢不同,電荷通過瞬間電流發生轉移的過程稱為放電冬季手和金屬之間的火花、閃電等現象都屬於放電。

物體由於積累靜電而攜帶的能量取決於電荷量大小、物體的大小、物體的電容以及周圍介質的相對介電常數。為了估算放電對精密儀器的影響,人體通常由一個電容為100pF,電壓4000到35000伏特的電容器代替,以此進行研究。當人們觸摸物體時,這些能量在不到1毫秒的時間內釋放出來。雖然釋放的能量很小(大約為0.001焦耳的數量級),但仍能對敏感的儀器造成損害。更大的物體能儲存更多的能量,甚至能對人體造成直接危害,或者產生足以點燃可燃氣體或粉塵的電火花

靜電的消除和預防

消除靜電的最簡單方法就是使用空氣加濕器,提高空氣的相對濕度可以增強空氣的導電性[2],有利於物體上的靜電經過空氣被導走。使用離子發生器也能達到相同的效果。

對靜電放電敏感的物體可以使用抗靜電劑,使它們的表面變得容易導電,從而防止靜電積累。

許多半導體設備對靜電很敏感,這些電路元件通常需要用防靜電包裝(例如由金屬網製成)來進行保護。在對含有敏感元件的電路進行操作時,人們也會穿戴防靜電裝置。

視頻

靜電 相關視頻

TED:靜電的科學
3個生活中靜電的魅力,你知道嘛

參考文獻

  1. 富蘭克林放風箏發現電?完全是假的!,快科技,2015-09-24  
  2. 消除靜電的方法有哪些?,安全管理網,2010-11-21