静电论文

静电原理和应用
摘要：本文论述了静电的产生机理，衰减过程，以及长期以来人们认识利用静电的过程。

着重讲述了如何利用现代电力电子技术对静电进行研究，以用来有效的利用自然界中静电能量并且预防静电给人们生产生活带来的危害。

关键词：静电测量应用
The theory and usage of static electricity
Abstract: The theory of static electricity , and the process of people to understand and make use of static electricity in the history, are described in this passage. What is important, how to study static electricity in use of advanced technology of power electronics, .in order to make full use of the energy of static electricity in the nature, and try to decrease the harm to people.
Keywords: static electricity, measures, makes use of
1 引言
几乎每个人都有这样的经历，在干燥的季节里，触摸门把手或者街道电话的瞬间，时常会突然“啪”地被麻一下，吓一大跳；当将饮料的吸管从纸带中抽出时，经常会发现纸带被吸管吸住；女性多有这样的感受，走路时候长裙常常会裹在身上。

众所周知这是静电在作怪。

2 静电的研究价值
随着科学技术的发展，工业的现代化，气体静电起电－放电造成的恶性事故已屡见不鲜。

80年代以来，我国液化石油气行业发生的静电放电事故就有十多起，例如1980年4月17日，某石油化工厂液化石油气高压液泵站，在维修作业中，由于静电火花放电引起爆炸，死亡3人，伤2人【3】。

静电放电给人们的生命财产带来了很大的危害。

石油能源日渐枯竭的今天，全世界都关注着能够代替石油的燃料。

假如我们能用静电的吸引力把煤炭在锅炉中燃烧时产生的灰尘完全回收的话，储量丰富的煤炭就可以成为替代石油【1】。

静电喷涂不仅比老式的喷枪涂的更均匀，而且使涂料的利用率提高到90％以上，大大减少了浪费，静电喷涂还有一个优点就是能够直接利用粉剂涂料，而省去了用有机化学溶剂污染空气和对人体的危害【1】。

当今生活中，自然界中静电能量给人类带来了很多的危害，同时在环境保护，能源利用方面静电又有着光明的应用前景。

3 静电原理
3.1 静电的产生
构成物质的最小单位是原子，在原子的中心有带正电的原子核，在原子核的周围有围绕
它运动带同样数目负电的电子。

所以原子本身是显中性的，然而，如果使用某种方法使电子与原子核分离并把他们拆散的话，物质就带上了正电或负电。

无论什么物体，若相互摩擦，就会带电，但并不是任何时候都可以看到静电现象，因为静电很容易通过相互接触的物体跑掉了，只有在类似吸管的绝缘体中才得以存留。

使电介质或绝缘体产生静电的过程主要有雷电感应起电、摩擦起电、吸附起电、沉降起电、溅波起电、喷雾起电、破裂起电、碰撞起电、滴下起电和极化起电等几种方式。

【2】
3.2 静电衰减
物体的静电起电过程，实际上是电荷产生和电荷消散的动
态平稳过程。

静电衰减时间就是定量描述材料电荷消散能力的
物理量，率减时间越长，材料的绝缘程度越高，带电能力越强。

Cross－over效应：材料的静电性能对静电起电和静电放电过
程均有显著的影响。

在高压静电场所，电介质材料的电流和电
压之间有非线性关系，电晕带电后电介质膜的表面电位衰减有
许多有趣的性质，其中之一就是Ieda等人发现的cross－over
效应，即同一材料的初始电位不同，其静电电位衰减的速度也
不同，初始表面电位越高，静电衰减速率越大。

也就是若材料的初始表面电位不同，同一材料的电位衰减曲线出现了交叉【3】。

可以认为，表面电位的衰减过程可以等效为RC电路瞬态放
电的过程【3】。

3.3静电的测量
静电测量是一项十分重要并且有意义的工作，掌握了静电起电放电的规律，才能更好的利用和预防静电。

静电测试不同于一般的电学量测试，它具有自身的特点，静电能量小，引入测试仪器的同时将对原来的场分布有较大的影响，要求测试仪器具有很小的输入电容和极高的输入电阻。

静电起电过程是一个起电与泄漏相平衡的动态过程，要求测试仪器有宽的通频带。

静电测试涉及高压和高绝缘材料。

最后环境的影响特别的大。

下面提供几种静电电量测量的常用仪表和方法。

接触式测量，被测物体与静电电压表直接接触，利用等电位原
理进行测试的方法称为接触式测量。

静电计是最简单的接触式
测量的仪器，能对低压静电进行简单的测量。

右图为象限式静
电计，它根据指针2偏转的角度来判断静电电位的高低。

非接触式测量是指测试仪表不直接与带电体接
触，而是运用静电感应或空气电离的原理，间
接测试带电体的静电电位的。

又分为直接感应
式仪表和交流调制式仪表。

左图为直接感应仪
表的原理图，它利用带静电物体的电场在T探
头上感应电位来进行测量【3】。

交流调制式仪表可以克服零点漂移和测试值随时间的衰减问题，可先将感应电压调制成交流量再进行放大测试。

本质是使探头与被测带电体之间产生一个交变电容分量，把感应直流电压转换为含交流分量的电压信号【3】。

振荡电容式静电表也称为镇簧式静电计，与直接感应式仪表不同，探头电极式一个可振动的金属片，在振荡器的驱动下，探头电极与被测带电体之间的电容周期性变化，被测带电体在探头电极上感应出一个周期性变化的电位信号，由于信号微弱，必须经过放大和相干检波后显示被测电位【3】。

常用的方法有振动电容法和旋转叶片法【3】。

旋叶式静电计的原理图如左图所示，A和B起屏
蔽作用，测试时随着旋转叶片B的转动，感应极
片P上感应出持续的交流信号，然后再经过阻抗
变换、交流放大和检波，由表头显示被测电位【3】。

集电式仪表：这种仪表式利用放射性同位素产生的射线电离空气，借助电阻分压原理测试带电体的静电电位的。

当仪表探头面向带电体时，在带电体电场作用下，电荷定向运动，在带电体与测试仪表的集电极以及集电极与大地之间分别形成等效电阻R1和R2，被测带电体上的电荷通过R1和R2向大地泄漏，通过测试电阻R0上的分压，完成对带电体静电电位的测试【3】。

ZIP－1静电电位动态测试仪输入级的等效电路如下图所示，由图可以看出ZPD-1静电电位动态测试仪的输出信号与被测电位信号成正比，而比例系数与被测信号的频率特性无关，故而该一起可以对随机静电电位信号进行无失真的动态测试，满足静电电位的动态测试要求。

静电电量的测量可用右图所示的电量测试
仪，该仪器仅用于静电导体带电量的测量，
由基本运算放大器的性能可知道带电体电
量Q=(C+Ci)U
3 静电的应用
人们早在17世纪就掌握了一些静电的知识，并且在医
学方面很早就开始了利用静电的尝试，18世纪英国和日
本均有用电击治疗牙痛的记录【1】。

同一时期德国人戈尔顿制成的“电铃铛”是世界上第一
台静电能转变为机械能的装置，随后戈尔顿又做成了世
界上第一个回转马达【1】，结构如右所示，外加高压电后
旋转的针尖会发生细丝状的放电（电晕放电）。

然而1786年伏打电池的发明，给人们提供了持续的电
流。

静电好像失去了研究的价值。

直到100多年后人们才发现静电其
独特的功能，静电除尘，静电分选，静电
喷涂和静电复印，逐渐走向人们的生活。

特别是静电复印技术的发展给办公室事
务处理带来了革命性的改变，成为计算机
系统不可缺少的输出装置【4】。

静电植绒，静电撒播，与静电喷涂的原理
相似。

目前常用的动力喷雾器或直升飞机撒
播等手段不仅把近90％的农药无效的
撒到地面和空气中，而且造成地下水
污染，环境保护角度来看静电撒播技
术就有十分诱人的发展前景【1】。

4 静电的危害及预防
静电的灾害主要发生在气候干燥的天气过程和冬季，静电放电成为可燃性气体、液体和粉尘等的引火源而产生火灾或者爆炸。

工业中，特别是在化学纤维纺织工业中，由于化纤丝与金属机械的相互摩擦，会使化纤丝带电而相互排斥，以至化纤丝相互排斥，导致乱丝等现象。

减小静电的危害一般可以根据具体的静电产生的原因而采取响应的措施。

例如减小摩擦，接地泄漏等措施。

采取增加空气湿度的方法，当空气的湿度在65％～70％以上时【2】，物体表面往往会形成一层及薄的水膜，能融解空气中的二氧化碳，使其电阻率大大降低，静电就不易积累。

如果周围空气现对湿度低于40％～50％时，则静
电不易逸散，就有可能形成高电位。

右图为工业上常用的防静电海绵，它是在塑料中加入适量
的导电物质加工制成。

硬型用于插集成电路块，软型用于防静
电包装【5】。

其原理也是静电的接地泄漏。

静电电击虽然一般说来伤害不到人，但静电电击造成的二次事故很可能危机人身安全。

别以为静电仅仅是难受一下，它对人的健康其实是有负面影响的，因此有必要适当防范【2】。

人体作为特殊的静电导体，在静电危害中是受害者，同时人体静电也是静电危险场所中的主要危害源之一。

人体静电防护系统包括防静电服，防静电鞋，防静电腕带，另外在危险场所不准换衣服，跑跳，来控制人体静电的危害【2】。

4总结
静电现象是人们日程生活中最常见的现象之一，很早之前人类就知道静电无处不在。

然而很多年来，人类却没能好好的利用静电的能量，预防静电的危害。

一方面由于以前科技水平的限制，另一方面也由于人们对静电研究价值的认识不够。

当今世界，能源危机越来越严重。

人类在四处寻找着新的能源的同时，不应该忽视自然界中大量存在的静电能量。

虽然目前很多静电能量的收集利用率非常低，很多地方利用静电能量还是天方夜谈。

但相信在不久的将来，电子电力技术的发展必然会使得静电的研究和利用有全新的手段，静电这一古老的自然现象会更好的服务人类。

参考文献
【1】堤井信力（日）。

《奇妙的静电》。

科学出版社。

2000年4月1日
【2】李良福。

易燃易爆场所防雷抗静电安全检测技术气象出版社1997年9月1日【3】刘党合等。

静电理论与防护。

兵器工业出版社1999年1月1日
【4】木村博司，粉川昌巳（日）。

电力应用。

科学出版社OHM社2000年1月【5】长圆特塑网站主页/d.htm。