丁祥欢
静电絮谈 精选
2025-5-10 01:29
阅读:1135
静电的产生

两种不同的材料在摩擦或分离时,理论上都可能产生静电,但不同的材料相互用力产生静电的能力可能大不相同,同时产生的静电也可能是环境或后续的动作中被中或湮灭,并非总可以观察到。但静电确实是一种非常普遍的现象,人类最早发现的电现象,除了雷电恐怕就是静电了。产生静电的方式很多,古人发现摩擦琥珀后可以吸附小东西,今人用塑料梳子梳头发时头发被梳子吸附,穿脱腈纶衣服产生啪啪的小火花,甚至下汽车时被静电打一下,都是生活中经常碰到的静电现象。

静电的电压

一个有趣的冷知识是,虽然静电看起来威力不大,但其实静电的电压往往会很高,从几百伏到几千伏都有可能。 为什么简单的摩擦可以产生这么高的电压呢?

电学上有个公式, , 也就是电容器两端的电荷量,除以电容器的电容量,结果就是电容器两端的电压。生活中两个接触后分离的表面,或者单独的某个表面,因为极片间隔的距离非常大(相对于专门的电容器来看),可以看成是一个非常小的电容器,这样即使静电产生的电荷量总量虽然不大,但作用在非常小的电容器上,其电压就相当高了。

现在有一种静电压仪,可以用它来测量静电的电压,我试用过,很容易可以测到数百伏的静电电压。稍大一点上千伏也没有难度。但其实产生的静电电荷并不多。这种工具可以用来在实验室检测哪些场合可能会产生比较高的静电,有利于提高安全系数。

生活中的大部分静电现象,都具有这样的特点: 电荷量小,电压较高,因此如果发生放电的话,其电流不会太大,同时持续的时间会很短。因为放电时间短,总能量不大,因此对人来说通常没有危险性。

静电对某些工业的危险性

这种通常情况下没有危险性的静电放电,对某些特殊环境却有很大的危害。 一类是对电流极为敏感的电子元器件,如场效应管或某些阻抗很高的灵敏的集成电路,这些器件无论是包装或焊接时都要注意做防静电处理,否则一不小心就可能被静电击穿损坏;  另一类是对火花放电很敏感的化工企业,因为有些易燃液体蒸气或可燃气体与空气混合后会形成了爆炸性的混合物, 如果遇上了火花放电则可能被引燃而诱发大的爆炸,因此化工厂多数管道和反应器都规定需要做静电跨接。

雷电也是静电

当然,并非所有的静电现象都是小电流,雷电就是一种常见的大型静电放电。因为空气中气流团的摩擦导致不同的气团带有或正或负的静电荷,它们之间产生大型的放电; 或者气团只有单一的静电荷,与地面产生静电感应(类似电容器)而击穿了空气形成的接地雷。由于大气中积累的电荷量非常大,雷电的电压可以达到数亿伏,电流可以达到数万到数十万安培,威力非常强大,远非人体能够承受的了。甚至闪电放电的电磁场在导体上产生的感应电压都能够产生火花放电。曾经有人重复富兰克林的风筝线引雷实验时就发生过死亡事件,山区常见的落地雷也往往能够导致牲畜或人员伤亡。

静电事故与防范措施

从事化工行业,自然也免不了接触一些静电事故,我就听过几起静电引发的事故,一起是某工厂在往反应釜打物料时,易燃液体在空气中流动时静电放电引发了自燃,导致操作工被烧伤; 另一起是某实验室在转移易燃液体混合物时,因为使用了塑料袋中转,产生的静电放电引发了自燃,导致了两人被烧伤。实际上如果你检索一下,你会发现有很多很多这样的案例,甚至有氢气球破裂时静电放电引燃气体导致人员烧伤的报道。

特别在干燥的天气,绝缘性较强的易燃液体在流动、搅拌、振荡时很容易产生静电,如果不能及时释放,就可能引发静电放电而导致事故。打料的塑料隔膜泵、转移物料的塑料管,都是可能产生静电的环节,要十分小心的处理。预防静电特别要注意细节,必须结合实际情况调研分析,常见的要求有:地面要一定的导电性(防静电地面漆),不能穿塑料鞋底的鞋子,工装或实验服要防静电服,进入工厂内要接触静电释放球或释放杆,卸料时要接静电释放线,设置消除静电的加湿器或中和电荷的离子风机。

锂离子电池电解液是一种导电性很强的液体,可以释放静电。但电解液的蒸气、纯溶剂或单一的液体添加剂的的导电性不那么好,需要注意。

跑步机上的静电与自制释放装置

在天气干燥的时候,我在跑步机上锻炼,经常被静电电击。网上很多人说是跑步机接地不好,我仔细查究原因,发现并非如此,根本原因是鞋底与皮带在摩擦时,产生了静电荷传递到人体。如果天气比较潮湿时,空气可以帮助泄放而没有电击感,但空气干燥时往往电荷积累,当手和机身的金属件接触时就会放电,有时可以听到“ 啪啪“的放电声,并有刺痛感,搞得不敢接触跑步机机身了。为了消除这个不适感,我之前买过钥匙扣上的放电器,就是一个氖灯串了一个电阻,装在一个小管子中。但跑步拿着这个时不时碰一下金属件有点分心,不是很方便,用两次就不用了。

我想自己做一个方便易用的即释放静电又有点意思的东西,我从网上买来一个大一点的氖灯(6mm*22mm,NE-2H),在跑步机的面板上用胶布固定了一片铝箔(背面绝缘),将氖泡的一脚卷在铝箔上,另一个脚带绝缘皮的细电线(从网线中拆的)连接到跑步机的机身,将氖泡固定好。只要用手指 按一下铝箔,静电就从铝箔传到氖泡,点亮氖灯发出桔红色的光,电流再流到机身入地,把静电就消除了。每当跑几步再按一下,就可以看到小灯泡红光闪烁一下然后熄灭。如果频繁按,灯光就不太亮只有一点微红闪一下,仔细观察,可以看到灯泡闪烁与跑步的节奏完全一致。如果用个灵敏的二极管接受一下放电的灯光闪烁,或者对放电的电流进入监测(比方说串一高阻耳机或频率计在线路上),甚至可以用来在跑步机上测量步频呢。如果静电较强积累较多,放电时灯泡亮且有轻微的刺痛感(可以串一个电阻以限流而改善之),但比不经灯泡直接放电要轻得多。这个小装置也成了我跑步的一点小乐趣。

静电释放装置.jpg

由于释放静电并不需要很强的导电性,其实拿一根绳子用盐水浸一下,一头连接人体一头连接地线,就可以用来放电了。

是为记。

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