与 あずか 滑 すべり 梯 はしご 之 の 间的摩擦 まさつ 使 し 左 ひだり 边的孩子带上了 りょう 电,这使得 とく 他 た 的 てき 头发互相排斥 はいせき ,因 いん 此滑梯 はしご 吸起
静 せい 电 (英文 えいぶん :Static Electricity、Electrostatic 或 ある Electro-static)是 これ 电荷 在 ざい 物 もの 质系统中的 てき 不 ふ 平衡 へいこう 分布 ぶんぷ 产生的 てき 现象。用 よう 毛皮 けがわ 摩擦 まさつ 琥珀 こはく 、丝绸 摩擦 まさつ 玻璃 はり 棒 ぼう 等 とう 方法 ほうほう 均 ひとし 能 のう 使 し 物体 ぶったい 带电。物体 ぶったい 带电后 きさき ,电荷会 かい 保持 ほじ 在 ざい 物体 ぶったい 上 じょう ,除 じょ 非 ひ 被 ひ 其他物体 ぶったい 移 うつり 走 はし ,所以 ゆえん 称 しょう 之 の 为“静 せい 电”。静 せい 电与电流 不同 ふどう ,后 きさき 者 しゃ 是 ぜ 电荷在 ざい 导体中 ちゅう 的 てき 定 じょう 向 こう 移 うつり 动产生 せい 的 てき 电学现象。带电物体 ぶったい 往往 おうおう 具有 ぐゆう 吸起轻小物体 ぶったい (比 ひ 如纸屑 くず )的 てき 性 せい 质。[ 1] [ 2]
一隻貓由於其運動造成的摩擦而使毛髮帶電,導 しるべ 致包裝用 そうよう 泡 あわ 棉 わた 受到吸引 きゅういん 黏於貓身
使 つかい 物体 ぶったい 带上电荷叫 さけべ 做“起 おこり 电”[ 2] 。组成物 ぶつ 质的原子 はらこ 由 ゆかり 带正电的原子核 げんしかく 和 かず 带负电的电子 组成。正常 せいじょう 情 じょう 况下,物体 ぶったい 中正 ちゅうせい 负电荷 に 电量相等 そうとう ,对外不 ふ 显示出 で 电性,即 そく 不 ふ 带电。在 ざい 一定 いってい 的 てき 外部 がいぶ 作用 さよう 下 か (比 ひ 如摩擦 まさつ ),物 もの 体得 たいとく 到 いた 或 ある 失 しつ 去 さ 一定 いってい 数量 すうりょう 的 てき 电子,使 つかい 物体 ぶったい 内部 ないぶ 正 せい 负电荷 に 电量不 ふ 相等 そうとう ,物体 ぶったい 就会对外呈 てい 现电性 せい ,即 そく 带电[ 3] 。物体 ぶったい 带电后 きさき ,可 か 以使用 しよう 靜 しずか 電 でん 驗 けん 電器 でんき 检验电荷的 てき 种类和 わ 多少 たしょう 。
用 よう 摩擦 まさつ 的 てき 方法 ほうほう 使 し 物体 ぶったい 带电叫 さけべ 做摩擦 まさつ 起 おこり 电[ 2] 。两种不同 ふどう 物 ぶつ 质相互 そうご 摩擦 まさつ 时,电子在 ざい 物体 ぶったい 之 の 间发生 せい 转移,是 ぜ 摩擦 まさつ 起 おこり 电的实质。两种物 ぶつ 质接触 せっしょく 时,由 ゆかり 于两者 しゃ 的 てき 电子逸出 いっしゅつ 功 こう 不同 ふどう ,电子会 かい 从低逸出 いっしゅつ 功 こう 的 てき 物 ぶつ 质流向高 むこうたか 逸出 いっしゅつ 功 こう 的 てき 物 ぶつ 质。这是由 よし 于两物体 ぶったい 接触 せっしょく 点 てん 电势相 しょう 同 どう ,高 こう 逸出 いっしゅつ 功 こう 的 てき 物 ぶつ 质对应电子 こ 能 のう 量 りょう 更 さら 低 ひく 。失 しつ 去 さ 电子的 てき 物 ぶつ 质逐渐带上正 かみしょう 电,得 とく 到 いた 电子的 てき 物 ぶつ 质逐渐带上 じょう 负电,最 さい 终正负电荷 に 建立 こんりゅう 的 てき 反 はん 向 こう 电场与使 し 电子流 りゅう 动的效 こう 应抵消 きえ ,电子的 てき 转移停止 ていし 。[ 4]
正 せい 负电荷 に 的 てき 定 てい 义是由 よし 摩擦 まさつ 起 おこり 电产生 せい 的 てき 。用 よう 丝绸摩擦 まさつ 过的玻璃 はり 棒 ぼう 上所 かみところ 带的电荷是正 ぜせい 电荷[ 注 ちゅう 1] ,用 よう 毛皮 けがわ 摩擦 まさつ 过的橡 とち 胶棒所 しょ 带的电荷是 ぜ 负电荷 に 。这种命名 めいめい 法 ほう 由 ゆかり 本 もと 傑 すぐる 明 あかり ·富 とみ 蘭 らん 克 かつ 林 りん 首 くび 先 さき 提出 ていしゅつ ,一直沿用到现在[ 5] 。至 いたり 于摩擦 まさつ 起 おこり 电过程 ほど 中 ちゅう 电子的 てき 流 りゅう 向 むこう ,仍没有 ゆう 很好的 てき 理 り 论能够给予 よ 合理 ごうり 的 てき 解 かい 释[ 6] [ 7] :16 。
静 せい 电感应图解 かい
静 せい 电感应是物体 ぶったい 内 ない 的 てき 电荷 因 いん 受外界 かい 电荷的 てき 影 かげ 响而重 おも 新 しん 分布 ぶんぷ [ 8] 。这个现象由 ゆかり 英国 えいこく 科学 かがく 家 か 约翰·坎通 和 かず 瑞 みずほ 典 てん 科学 かがく 家 か 约翰·卡尔·维尔克 かつ 分 ぶん 别在1753年 ねん 和 わ 1762年 ねん 发现[ 9] 。
当 とう 带正电的物体 ぶったい C被 ひ 移 うつり 近 きん 右 みぎ 边的导体时,导体内部 ないぶ 能 のう 自由 じゆう 移 うつり 动的电荷受到C产生的 てき 电场 影 かげ 响,左 ひだり 侧A端 はし 聚集负电荷 に ,右 みぎ 侧B端 はし 聚集正 せい 电荷。此时若 わか 将 はた 此导体 たい 从中间切开,则A、B两部分 ぶぶん 分 ぶん 别带上等 じょうとう 量的 りょうてき 负电荷 に 和正 かずまさ 电荷。使 つかい A、B两部分 ぶぶん 重 おも 新 しん 接触 せっしょく 后 きさき ,它们所 しょ 带电荷 に 全部 ぜんぶ 消失 しょうしつ ,回 かい 复原先 さき 的 てき 电中性状 せいじょう 态。[ 5]
静 せい 电积累 るい 之 の 后 きさき ,由 ゆかり 于不同 どう 物体 ぶったい 电势 不同 ふどう ,电荷通 どおり 过瞬间电流 りゅう 发生转移的 てき 过程称 しょう 为放电。冬季 とうき 手 しゅ 和金 わきん 属 ぞく 之 の 间的火花 ひばな 、闪电 等 とう 现象都 と 属 ぞく 于放电。
物体 ぶったい 由 よし 于积累 るい 静 せい 电而携带的 てき 能 のう 量 りょう 取 と 决于电荷量 りょう 大小 だいしょう 、物体 ぶったい 的 てき 大小 だいしょう 、物体 ぶったい 的 てき 电容 以及周 しゅう 围介质的相 あい 对介电常数 すう 。为了估算放 ひ 电对精密 せいみつ 仪器的 てき 影 かげ 响,人体 じんたい 通常 つうじょう 由 よし 一个电容为100pF ,电压4000到 いた 35000伏 ふく 特 とく 的 てき 电容器 き 代替 だいたい ,以此进行研究 けんきゅう 。当人 とうにん 们触摸物体 ぶったい 时,这些能 のう 量 りょう 在 ざい 不 ふ 到 いた 1毫秒 的 てき 时间内 ない 释放出来 でき [ 10] 。虽然释放的 てき 能 のう 量 りょう 很小(大 だい 约为0.001焦 こげ 耳 みみ 的 てき 数量 すうりょう 级 ),但 ただし 仍能对敏感 かん 的 てき 仪器造成 ぞうせい 损害。更 さら 大 だい 的 てき 物体 ぶったい 能 のう 储存更 さら 多 た 的 てき 能 のう 量 りょう ,甚至能 のう 对人体 じんたい 造成 ぞうせい 直接 ちょくせつ 危害 きがい ,或 ある 者 もの 产生足 あし 以点燃 もえ 可燃 かねん 气体或 ある 粉 こな 尘的电火花 はな 。
闪电:自然 しぜん 界 かい 中 ちゅう 最 さい 常 つね 见的放 ひ 电
闪电是 ぜ 自然 しぜん 界 かい 中 ちゅう 最 さい 典型 てんけい 的 てき 放 ひ 电现象 ぞう 。普遍 ふへん 认为,闪电发生前 ぜん 积累在 ざい 云 うん 层中的 てき 电荷是 ぜ 由 よし 云 うん 层中的 てき 冰晶颗粒之 の 间的接触 せっしょく 摩擦 まさつ 产生的 てき 。当 とう 云 うん 和 わ 云 うん 之 の 间或云 うん 层和地面 じめん 之 の 间的电势差 さ 足 あし 够大时,空 そら 气被击穿形成 けいせい 电流 ,即 そく 为闪电[ 11] 。放 ひ 电形成 けいせい 的 てき 电流加 か 热了周 しゅう 围的空 そら 气,产生亮 あきら 光和 こうわ 声音 こわね 。
可燃 かねん 性 せい 流体 りゅうたい 中 ちゅう 积聚的 てき 静 せい 电一旦发生放电,产生的 てき 电火花 はな 可能 かのう 会 かい 引起爆 ばく 炸。[ 12]
充分 じゅうぶん 混合 こんごう 的 てき 粉 こな 状 じょう 物 ぶつ 质或者 しゃ 不易 ふえき 导电的 てき 流体 りゅうたい 在 ざい 管 かん 道 どう 中流 ちゅうりゅう 动时,或 ある 受到机 つくえ 械搅拌时,容易 ようい 因 いん 摩擦 まさつ 而积累 るい 静 せい 电[ 13] [ 14] 。而可燃 かねん 的 てき 粉末 ふんまつ 充分 じゅうぶん 混合 こんごう 于空气中时,会 かい 变得极其易 えき 燃 もえ 易 えき 爆 ばく 。一旦静电放电发生,就会引发爆 ばく 炸。由 よし 于这个原因 げんいん 造成 ぞうせい 了 りょう 许多工 こう 业事故 じこ [ 15] [ 16] [ 17] 。
電導 でんどう 率 りつ 低 てい 于50pS /m 的 てき 流体 りゅうたい 被 ひ 划为不易 ふえき 导电。在 ざい 電導 でんどう 率 りつ 高 こう 于50pS /m 的 てき 流体 りゅうたい 中 ちゅう ,静 せい 电积累 るい 的 てき 速 そく 率 りつ 和 わ 电荷中和 ちゅうわ 的 てき 速 そく 率 りつ 相等 そうとう ,或 ある 比 ひ 它更低 てい ,所以 ゆえん 静 せい 电难以累积起来 らい 。化学 かがく 工 こう 业中 ちゅう ,50pS /m 是 ぜ 判断 はんだん 是 ぜ 否 ひ 需要 じゅよう 为设备添加除 かじょ 静 せい 电装置 そうち 的 てき 标准。
煤 すす 油 ゆ 的 てき 電導 でんどう 率 りつ 从少于1pS /m 到 いた 20pS /m 不等 ふとう 。相 そう 比 ひ 之 の 下 した ,去 さ 离子水 すい 的 てき 電導 でんどう 率 りつ 大 だい 约10,000,000pS /m 。[ 18]
由 よし 于太空 そら 环境中 ちゅう 湿度 しつど 非常 ひじょう 低 てい ,会 かい 有 ゆう 大量 たいりょう 的 てき 静 せい 电积累 るい 起 おこり 来 らい ,对航天 てん 器 き 上 じょう 的 てき 仪器造成 ぞうせい 危害 きがい 。登 とう 上 じょう 月 つき 球 だま 的 てき 宇航员在极度干 ひ 燥的地面 じめん 行 ぎょう 走 はし 之 これ 后 きさき 接触 せっしょく 航 こう 天 てん 器 き 时也会 かい 发生强烈 きょうれつ 的 てき 放 ひ 电,会 かい 对精密 せいみつ 仪器造成 ぞうせい 影 かげ 响。 [ 19]
静 せい 电放电时释放的 てき 能 のう 量 りょう 有 ゆう 大 だい 有 ゆう 小 しょう ,覆 くつがえ 盖了相当 そうとう 广的范围。将 はた 积累了 りょう 静 せい 电的物体 ぶったい 视作电容器 き ,则放电时释放的 てき 能 のう 量 りょう
E
{\displaystyle E}
可 か 以由电容器 き 的 てき 电容
C
{\displaystyle C}
、电压
U
{\displaystyle U}
以及储存的 てき 电荷量 りょう
Q
{\displaystyle Q}
得 え 到 いた :
E
=
1
2
C
U
2
{\displaystyle E={\frac {1}{2}}CU^{2}}
[ 20]
或 ある
E
=
1
2
Q
U
{\displaystyle E={\frac {1}{2}}QU}
[ 21]
有 ゆう 实验人 じん 员估计,人体 じんたい 的 てき 电容大 だい 约为400pF ,电压50,000伏 ふく 特 とく (以触碰汽车时为例),放 ひ 电时释放的 てき 能 のう 量 りょう 大 だい 约0.5焦 こげ 耳 みみ [ 22] 另有估计为100-300pF 和 わ 20,000伏 ふく 特 とく ,大 だい 约释放0.06焦 こげ 耳 みみ 能 のう 量 りょう 。[ 23] 国 くに 际电工 こう 委 い 员会 标准479-2:1987指出 さしで 能 のう 量 りょう 大 だい 于5J 的 てき 放 ひ 电会对人体 じんたい 健康 けんこう 造成 ぞうせい 直接的 ちょくせつてき 风险。这一委员会的标准60065指出 さしで 消 けし 费级产品不能 ふのう 对人产生能 のう 量 りょう 大 だい 于0.35J的 てき 放 ひ 电。
低 てい 至 いたり 0.2mJ的 てき 电火花 はな 可能 かのう 存在 そんざい 着火 ちゃっか 的 てき 危险,但 ただし 这种如此低能 ていのう 量的 りょうてき 火花 ひばな 往往 おうおう 低 てい 于人的 てき 视觉和 わ 听觉感知 かんち 的 てき 最小 さいしょう 阈值。
典型 てんけい 的 てき 引燃能 のう 量 りょう :
氢气 0.017 mJ
碳氢化合 かごう 物 ぶつ 蒸 ふけ 汽 0.2-2 mJ
较细的 てき 可燃 かねん 性 せい 粉 こな 尘 1–50 mJ
较粗的 てき 可燃 かねん 性 せい 粉 こな 尘 40–1000 mJ
足 あし 以破坏大多数 たすう 电子设备的 てき 静 せい 电能量 りょう 通常 つうじょう 为2到 いた 1000nJ (2*10-9 J~1*10-6 J)。[ 24]
消 しょう 除 じょ 静 せい 电的最 さい 简单方法 ほうほう 就是使用 しよう 空 そら 气加湿 かしつ 器 き ,提 つつみ 高空 こうくう 气的相 あい 对湿度 しつど 可 か 以增强 ぞうきょう 空 そら 气的导电性 せい ,有利 ゆうり 于物体 たい 上 じょう 的 てき 静 せい 电经过空气被导走。使用 しよう 离子发生器 き 也能达到相 しょう 同 どう 的 てき 效果 こうか 。[ 25]
对静 せい 电放电敏感 びんかん 的 てき 物体 ぶったい 可 か 以使用 しよう 抗 こう 静 せい 电剂 ,使 つかい 它们的 てき 表面 ひょうめん 变得容易 ようい 导电,从而防止 ぼうし 静 せい 电积累 るい 。[ 26]
许多半 はん 导体 设备对静电很敏感 びんかん ,这些电路元 もと 件 けん 通常 つうじょう 需要 じゅよう 用 よう 防 ぼう 静 せい 电包装 ほうそう (例 れい 如由金属 きんぞく 网制成 なり )来 らい 进行保 ほ 护。在 ざい 对含有 がんゆう 敏感 びんかん 元 もと 件 けん 的 てき 电路进行操作 そうさ 时,人 にん 们也会 かい 穿 ほじ 戴防 ぼう 静 せい 电装置 そうち 。[ 27] [ 28]
一块包裹在防静电包装里的网卡
一个带有鳄鱼夹的防静电腕带
在 ざい 复印 、空 そら 气过滤、印刷 いんさつ 、喷漆等 とう 领域有利 ゆうり 用 よう 静 しずか 电的特性 とくせい 。
^ 近年 きんねん 亦 また 有 ゆう 实验指出 さしで ,如果玻璃 はり 棒 ぼう 温度 おんど 较高,或 ある 玻璃 はり 棒 ぼう 表面 ひょうめん 粗 そ 糙造成 ぞうせい 摩擦 まさつ 时局部 ぶ 温度 おんど 较高,玻璃 はり 棒 ぼう 上 うえ 会 かい 产生负电荷 に 。
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