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静电电压特别高的奥秘-论文网

时间:2014-03-19  作者:华兴恒

论文摘要:静电电压特别高的奥秘-论文网
论文关键词:静电,电压,特别,奥秘

大家都知道,只有220伏的照明电压,人体触碰几秒钟就会丧命。然而,当人在地毯上行走或从沙发上起来时,人体的静电会高达1万多伏,脱化纤衣服时的静电电压竟然高达数万伏,橡胶和塑料行业的静电更是高达10万伏以上,人们却安然无恙。这是何故呢?下面我们就一起探究其中的奥秘。

一静电现象产生的机理

大家都知道,任何两种物质接触或互相摩擦时,只要其内部结构的电荷载体的能量分布不同,在它们的表面就会发生电荷的重新分布。当它们分离以后,每个物体都将带有过量的净电荷(或正或负的电荷),此种现象即为静电现象。静电的产生通常是由摩擦引起的,摩擦并不能创生电荷,只是使电荷(电子)发生了转移。因此使得失去电子的显示带正电,得到电子的显示带负电。你知道电子为什么会发生转移的吗?

众所周知,物质是由大量的分子(或原子)构成的,原子又是由原子核和核外电子构成,核外电子绕核做高速旋转。由量子理论的知识可知,这些电子处于不同的能量状态,物质中有少数电子处于能量相对较高的状态。当两种不同的物质紧密接触并相互摩擦时,接触表面会发生一系列的接触和分离过程。当接触面间的距离达到2.5×10m或更小时,就会在接触面间发生电子的转移,从而产生静电。

不同的物质之间之所以会发生电子转移,那是因为不同物质的电子克服其原子核的束缚,从材料表面逸出所需的最小能量是各不相同的。对于那些处于较高能量状态的电子,通过摩擦会获得能量,能够克服原子核的束缚从材料的表面逸出,进入另一种物质的内部,从而使失去电子的物质带正电,得到电子的物质带负电。

由此看来,摩擦的作用不仅增大了两种物质间接触的面积和几率,也使电子获得了能量,从而促进了电子的转移。

二静电电压特高的奥秘

1.接触电压

不同物质通过接触摩擦,就会在界面上形成电场,如图所示。由于电场力的作用,电荷只集中在相对的表面上,这一电场随电子从A表面向B表面的转移而不断加强,直至接触界面处形成的双电层产生的反向电势差与两物质间的接触电势差相等时,电子才会停止转移而达到平衡。此时A表面与B表面间则形成了一个电容器,并存在着一定的电压u。由于A、B间的距离此时非常接近,达到分子级,故称u为接触电压。

由于每个电子的电量甚小(1.6×10C),而进入B的电子又很少,所以A、B表面的带电量Q也很少(一般为微库级),故此其接触电压u也很小。

2.分离电压

由A、B组成的电容器,其带电量Q、电容C之间的关系近似为u=。以平行板电容器为例,则,显然电容C与两物体表面之间的距离d成反比,因此两极板间的电压与距离d成正比。当两极板紧密接触时,其间的距离为2.5×10m,接触电压很小。可是,当两极板迅速分离至1cm时,若分离前后带电量Q保持不变,由于距离增大到原来的400万倍,则电容应减小到原来的400万分之一。这样,即使原来的接触电压只有0.01V,当它们之间的距离从2.5×10m增至1cm时,两物体间的电压也可增大到4×10V。至此,大家肯定明白了静电电压特高的原因了吧。

静电电压高有时会影响人身和仪器设备的安全。更严重的是如此高的静电压常常会引起火花放电,释放出能量。如果这种能量是在易燃、易爆的气体、蒸汽或液体存在的场合释放出来,就会酿成巨大的灾祸。例如,2.0×10J的电能就能使二乙基乙醚和环丙烷两种普通的麻醉剂发生爆炸。在这种情形下,必须防止静电高压的产生。

静电电压虽然会随着电容的减小而升高,但不能无限制地升高,当其达到一定的数值时,就会与空气发生电晕放电,从而使对于不再升高。

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