静电及其研究进展_刘尚合
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以研究静电危害及其防护为主的静电防护工程学, 是一门涉及到气体放电理论、材料科学和近代电测技术 等多学科知识的新兴学科, 其理论与技术正处在发展和 完善阶段。这些理论 和技术虽然建 立在经典静 电学的 基础之上, 但 是单纯使用传统的静电学 概念和理论, 有 时无法解决静 电防护工程 的实际问题。比如通 常意义
表 1 说明, 物质之间相互摩擦后每种物质带电量的 大小和正负电极性有一 定的规律性。任意两 种物质相 互摩擦后, 在静电序列中位居前面的( 正方向) 物质带正 电, 位居后面( 负方向 ) 的物质 带负电; 如果这 两种物质 在静电序列中位置相距越远, 摩擦后它们各自带的电量 越大, 它们之间的电位差也就越大。了解物质的静电序 列特 性, 对静电防护工程中材料 的选配、工程设计和产 品包装、运输等工作都有很大的帮助。
2. 1 静电放电的特点
静电放电是指带电 体周围的场 强超过介质 的绝缘 # 64 #
Chinese J o ur nal of N atur e Vo l. 29 No . 2
击穿场强时, 因介质产生电离而使带电体Biblioteka Baidu的静电荷部 分或全部消失的现象。
通常我们把非故意, 偶然产生的 ESD 称为 ESD 事 件。在实际情况中, 产生 E SD 事件往往是物体上积累了 一定的静电电荷, 对地静电电位较高。带有静电电荷的 物体通常被称为静电源, 它在 ESD 过程中的作用是至关 重要的。静电放电有以下特点:
( 2) 静电放电会产生强烈的电磁辐射形成电磁脉冲 ( E lect rom agn et ic pulse, E MP)
过去人们在研究静电放电的危害时, 主要关心的是 静电放电产生的电流对电火工品、电子器件、电子设备及 其他一些静电敏感系统的危害和静电放电的火花能对易 燃易爆气体、粉尘等的引燃、引爆问题, 而忽视了静电放 电的电磁辐射效应。但是, 近年来随着静电测试技术、测 量仪器及测试手段的迅速发展, 使人们对 ESD 这一瞬态 过程的认识越来越清楚。在 ESD 过程中会产生上升沿极 陡、持续时间极短的初始大电流脉冲, 并产生强烈的电磁 辐射形成静电放电电磁脉冲( ESD EMP) [ 1- 4] , 它的电磁能 量往往会引起电子系统中敏感部件的损坏、翻转、使某些 装置中的电火工品误爆, 造成事故。目前 ESD EM P 已受 到人们的普遍重视, 作为近场危害源, 许多人已把它与高 空核爆炸形成的核电磁脉冲( NEMP) 及雷电放电时产生 的雷电电磁脉冲相提并论[5] 。
按照静电放电形成的条 件、放电特 点及引燃、引爆 的能力大小, 可将静电放电分成七种类型: 电晕放电、火 花放电、刷形放电、传播型刷形放电、大型料仓内的粉堆 放电、雷状放电以及电场辐射放电。
自 然 杂 志 29 卷 2 期
特约专稿
2. 2 静电放电模型
静电放电是一个复杂多变的过程, 同一静电源对不 同的物体放电时产生的 结果是不一 样的。即 使同一静 电源对同一物体放电, 也会受气候、环境等条件的影响, 难以得到具有 重复性 的放电结 果, 使 得难以有 效地对 ESD 的危害及其效应进行正确的评估。针对这一问题, 人们对实际中各种 可能产生具 有危害的静电 放电的静 电源 进行了深入的研究, 建立了 以等效电容、等效电阻 为主要参数的电路网络, 叫做静电放电模型。在这些模 型中最早建立的是静电放电人体模型, 其他常见的 ESD 模型还有场增强模型、带电器件模型、家俱模型、机器模 型及场感应模型等。
1 历史的回顾与静电学的新生
人类对电磁现象的认识是从研究静电现象开始的。 早在几千年以前, 古希腊人就发现了琥珀经摩擦后会吸 附线头、灰尘之类轻小物体。我国春秋战国时代的史料 也有类似的记载。我国东 汉时期王充 所著《论 衡》里有 / 顿牟掇芥, 磁石引 针0 ( 编者 注: 顿牟 即为 琥珀, 掇, 拾 取; 芥: 轻微细小之物) 的记载, 在西 晋张华的《博物志》 中有: / 今人 梳头, 解著衣, 有随 梳解结, 有光 者, 亦有咤 声0 的记载, 这些都说明, 在中国 古代, 人们对静电现象 已有认识。从 16 世 纪起, 人类对静 电现象开始 进行科 学的观察与研究。其中最有名 的一位是英国 伊丽莎白 女王的御医威廉 # 吉尔伯特, 他在观察和研究大量静电 现象后, 出版了《论磁石》( D e M agn et e) 一书。在那本书 里, 吉尔伯特提 到除了琥珀 之外, 钻石、蛋白 石、蓝宝石 和硫磺等 10 多种物质都具有吸引轻小物体的能力。他 将这类物质都冠以起源于琥珀的名称/ 埃莱克特里卡0。 英语中的/ 电( elect ricit y) 0 一词是 1646 年 左右出现的, 当时它的含义就是/ 吸引轻小物体的力0。所以, 英语中 的/ elect ricit y0一词, 就是来自古希腊语的琥珀一词。与 此同时, 在 古 代的 中 国, 人 们 对大 自 然的 静 电 放电 现 象 ) ) ) 闪电和雷雨进行了研究。所以, 汉字中繁体字的 / 電0是由/ 雷0 和/ 雨0组 合演变而来的。还有 一种说法 认为在古代的中国, 龙作为能呼风唤雨的神而受到人们 的尊敬, 古人 认为电 闪雷 鸣是 和龙 联系 在一 起的。所 以, 有人认为/ 電0是由繁体字的/ 龍0 字演变而来的。直 至 18 世纪中叶, 人类才通过科学实验的方法, 发现电荷 有正电荷与负电荷之分。1785 年库 仑通过实验证明了 静电学的基本定律 ) ) ) 库仑定律。1799 年, 伏特在仔细
总之, 随着研究 工作的深入, ESD 的特性越 来越清 楚地展现在人 们面前。但是应当注 意的是实际 的静电 放电是一 个极其复杂的过程, 它不仅与 材料、物体形状 和放电回路的电阻值有关, 而且在放电时往往还涉及到 非常复杂的气体击穿过程, 因而 E SD 是一种很难重复的 随机过 程。上面 我 们介 绍 的 仅仅 是 静电 放 电的 主 要 特点。
至此, 人类在研究和应用电磁规律方面取得了空前 的进展, 而 静电这 个古 老的课 题却 被人 们长 期搁置 下 来, 几乎被人们遗忘了。
进入 20 世纪后, 随着工业技术的发展, 人们开始研 究静电技术的应用。与此同时, 静电这个不速之客闯进 了许多高速发展的工业部门, 造成了人们难以预料的各 种障碍和事故。随着科 学技术的发 展, 高分子材 料、微 电子技术和电爆装置的广泛应用, 静电造成的危害已受 到世界各发达 国家的普遍 重视。古 老的静电学 又获得 了新生。逐渐由经典 的静电学发展 成为静电工 程学和 静电防护工程学。
目前, 国际电工委员会 及有关国 家的标准, 对这些 ESD 模型都给出了相应的电路参数和标准的实验方法。 不少企业还生 产了 ESD 模拟器。利 用这些 E SD 模拟 器, 可以方便地进行静电放电实验和进行抗静电检测与 评估。
3 静电起电原理及静电序列
固体物质、粉体物质、液体物质、气体物质以及人体 都会由于静电起电而带 上某种符号 的电荷。为了防止 静电造成的危害, 人们必然关心静电是怎么产生的? 物 体为什么会静电起电? 人们最 熟悉的静电起 电方法是 摩擦使物体带电。在小学或初中学习阶段, 老师就给学 生表 演用丝绸与玻璃棒摩擦后, 玻璃棒带正电, 丝绸带 负电。但是, 用丝绸与 酚醛塑料或 棉布摩擦后, 丝绸却 会带正电, 这又是为什么? 在科学技术已经高度发达的 今天, 要回答 这个问题, 我们 首先从静电 序列讲起。科 学家为了弄清楚静电起电的原理, 自 18 世纪到 20 世纪 一直研究静电带电的规律 性。表 1 列出了有关标准资 料公布的静电序列[ 6] 。
# 63 #
Invited Special Paper
上的导体与非导体 和静电导体 与静电非导体 在概念和 量值划分方面有很大的差异; 欧姆定律是经典物理学和 电工学中的基础理论之一, 但是在静电防护工程学中却 不能简单地使用人 们熟悉的欧 姆定律去研究 高压强静 电场 中的物质导电问题; 又如, 在静 电学中研究的对象 主要是/ 相对观 察者静止电荷 激发的静电 场0 , 或者说, 电荷 处于相对稳定, 仅仅考虑它 周围的电场效应, 其磁 场效应相比之下可以忽略不计, 但是近代科学技术的发 展已 告诫人们, 在静电防护工程 中, 不仅要研究静电带 电体的电场作用, 还要研究它 在周围产生的磁场效应, 尤其是 静 电 放 电 产 生 的 电磁 脉 冲, 其 频 带 宽 度 超 过 1 GH z。这种高频强辐射电磁场对信 息化电子设备和精 确制导武器及电火工品 的危害是十 分严重的。研究静 电放电的特点及其 电磁辐射危 害的防护在信 息化时代 的今天, 具有十分重要的意义。所以, / 静电0问题, 已不 是原来意义上的/ 静电学0问题, 而是与静电放电及其电 磁辐射相关联的静电防护工程问题。从这个意义上讲, 古老 的静电学获得了新生, 除静 电应用技术之外, 还形 成了以静电起电原理、静电放电模型、静电作用机理、静 电危害及其防护, 以及与其相关的静电测试技术等研究 内容为主的静电防护工程学[ 1, 2] 。
2 静电放电与 ESD 模型
提起 静 电 放 电 ( E lect rostatic discharge, ESD ) 与 ESD 模型, 可能非本专业人员 都感到比较 陌生, 但是在 日常生活中每个人都或 多或少地经 历过这一过 程。在 干燥环境, 当一个人脱衣服( 尤其是含有化纤的衣物) 或 在室内的地毯上行走之后, 手触摸接地体或体积较大的 金属物体( 如门的 把手, 自来水管 等) 时, 会有 电击的感 觉, 这就是人 体静电放电造 成的。其实, 不仅人 体能引 发 ESD 事件, 其他一 些物体在 适当的 条件下也 会引发 ESD 事件。这些物体可以是导体也可以是缘绝体, 可以 是固态的、液 态的, 也可以是 气态的或粉 尘状物质。人 体 E SD 在大多数情形下对人体本身无多大危害, 所以许 多人对它并不十分在意。然而, 随着现代科学技术的飞 速发展, 使静电危害日益严重。因此, 以 ESD 及其危害 防护 为核心的静电防护工程学, 近几十年来, 有了长足 的发展。人们通过对静电起电、放电机理及其放电特性 的研究, 提出了多种 ESD 模型, 在此基础上制造出相应 的 ESD 模拟器, 并针对 不同的领域 制定了相 应的 ESD 测试标准。
( 1) 静电放电多数是高电位, 强电场, 瞬时大电流的 过程
过去, 人们认为静电是一种高电位, 强电场, 小电流 的过程, 其实这种看法并不完全正确。的确有些静电放 电过程产生的放电电流比较小, 如电晕放电。但是在大 多数情况下静电放电过程往往会产生瞬时脉冲大电流, 尤其是带电导 体或手 持小 金属物 体( 如 钥匙 或螺丝 刀 等) 的带电人体对接 地体放电时, 产 生的瞬时脉 冲电流 ( 脉冲宽度一般是 ns 级或 Ls 级) 的强度可达到几十安培 甚至上百安培。
自 然 杂 志 29 卷 2 期
特约专稿
静电及其研究进展*
刘尚合① 宋学君②
①中国工程院院士, ②副教授, 军械工程学院静电与电磁防护研究所, 石家庄 050003 * 国家自然科学基金资助( 批准号: 60671044) 关键词 静电学 静电放电 人体静电 静电危害
本文综述了古代人对静电现象的观察、研究及静电学理论体系的形成, 阐明了由传统意义上的静电到现代静电 问题研究的发展, 讨论了人体静电、静电放电及其电磁辐射相关联的以静电起电原理、静电放电模型、静电危害及防 护、静电测试技术为主要研究内容的静电防护工程问题。
研究了摩擦起电和两 种不同金属接 触都会使青 蛙腿抽 搐的现象之后, 认为青蛙腿的抽搐不过是对电流刺激的 灵敏反应, 而肌肉 提供了一定 的溶液。因此, 电流 产生 的先决条件是两种不 同的金属插在 一定的溶液 中并构 成回路。于是, 他在 1800 年用锌 板和铜 板插入一 瓶稀 硫酸液中做成了人类的第一个电池。这种电池, 后来人 们叫做伏特电池。把几个伏特电池串起来, 可以得到更 强的电流。从此, 人们的兴趣由研究静电现象转向研究 电流现象。1820 年, 安培 和奥 斯特发 现了电 流的 磁效 应。1831 年, 法拉第发现了电磁感应定律。1865 年, 麦 克斯韦在全面总结前人研究成果的基础上, 揭示了宏观 电磁现象的基本规律, 形成了人们今天熟悉的麦克斯韦 方程组。
表 1 说明, 物质之间相互摩擦后每种物质带电量的 大小和正负电极性有一 定的规律性。任意两 种物质相 互摩擦后, 在静电序列中位居前面的( 正方向) 物质带正 电, 位居后面( 负方向 ) 的物质 带负电; 如果这 两种物质 在静电序列中位置相距越远, 摩擦后它们各自带的电量 越大, 它们之间的电位差也就越大。了解物质的静电序 列特 性, 对静电防护工程中材料 的选配、工程设计和产 品包装、运输等工作都有很大的帮助。
2. 1 静电放电的特点
静电放电是指带电 体周围的场 强超过介质 的绝缘 # 64 #
Chinese J o ur nal of N atur e Vo l. 29 No . 2
击穿场强时, 因介质产生电离而使带电体Biblioteka Baidu的静电荷部 分或全部消失的现象。
通常我们把非故意, 偶然产生的 ESD 称为 ESD 事 件。在实际情况中, 产生 E SD 事件往往是物体上积累了 一定的静电电荷, 对地静电电位较高。带有静电电荷的 物体通常被称为静电源, 它在 ESD 过程中的作用是至关 重要的。静电放电有以下特点:
( 2) 静电放电会产生强烈的电磁辐射形成电磁脉冲 ( E lect rom agn et ic pulse, E MP)
过去人们在研究静电放电的危害时, 主要关心的是 静电放电产生的电流对电火工品、电子器件、电子设备及 其他一些静电敏感系统的危害和静电放电的火花能对易 燃易爆气体、粉尘等的引燃、引爆问题, 而忽视了静电放 电的电磁辐射效应。但是, 近年来随着静电测试技术、测 量仪器及测试手段的迅速发展, 使人们对 ESD 这一瞬态 过程的认识越来越清楚。在 ESD 过程中会产生上升沿极 陡、持续时间极短的初始大电流脉冲, 并产生强烈的电磁 辐射形成静电放电电磁脉冲( ESD EMP) [ 1- 4] , 它的电磁能 量往往会引起电子系统中敏感部件的损坏、翻转、使某些 装置中的电火工品误爆, 造成事故。目前 ESD EM P 已受 到人们的普遍重视, 作为近场危害源, 许多人已把它与高 空核爆炸形成的核电磁脉冲( NEMP) 及雷电放电时产生 的雷电电磁脉冲相提并论[5] 。
按照静电放电形成的条 件、放电特 点及引燃、引爆 的能力大小, 可将静电放电分成七种类型: 电晕放电、火 花放电、刷形放电、传播型刷形放电、大型料仓内的粉堆 放电、雷状放电以及电场辐射放电。
自 然 杂 志 29 卷 2 期
特约专稿
2. 2 静电放电模型
静电放电是一个复杂多变的过程, 同一静电源对不 同的物体放电时产生的 结果是不一 样的。即 使同一静 电源对同一物体放电, 也会受气候、环境等条件的影响, 难以得到具有 重复性 的放电结 果, 使 得难以有 效地对 ESD 的危害及其效应进行正确的评估。针对这一问题, 人们对实际中各种 可能产生具 有危害的静电 放电的静 电源 进行了深入的研究, 建立了 以等效电容、等效电阻 为主要参数的电路网络, 叫做静电放电模型。在这些模 型中最早建立的是静电放电人体模型, 其他常见的 ESD 模型还有场增强模型、带电器件模型、家俱模型、机器模 型及场感应模型等。
1 历史的回顾与静电学的新生
人类对电磁现象的认识是从研究静电现象开始的。 早在几千年以前, 古希腊人就发现了琥珀经摩擦后会吸 附线头、灰尘之类轻小物体。我国春秋战国时代的史料 也有类似的记载。我国东 汉时期王充 所著《论 衡》里有 / 顿牟掇芥, 磁石引 针0 ( 编者 注: 顿牟 即为 琥珀, 掇, 拾 取; 芥: 轻微细小之物) 的记载, 在西 晋张华的《博物志》 中有: / 今人 梳头, 解著衣, 有随 梳解结, 有光 者, 亦有咤 声0 的记载, 这些都说明, 在中国 古代, 人们对静电现象 已有认识。从 16 世 纪起, 人类对静 电现象开始 进行科 学的观察与研究。其中最有名 的一位是英国 伊丽莎白 女王的御医威廉 # 吉尔伯特, 他在观察和研究大量静电 现象后, 出版了《论磁石》( D e M agn et e) 一书。在那本书 里, 吉尔伯特提 到除了琥珀 之外, 钻石、蛋白 石、蓝宝石 和硫磺等 10 多种物质都具有吸引轻小物体的能力。他 将这类物质都冠以起源于琥珀的名称/ 埃莱克特里卡0。 英语中的/ 电( elect ricit y) 0 一词是 1646 年 左右出现的, 当时它的含义就是/ 吸引轻小物体的力0。所以, 英语中 的/ elect ricit y0一词, 就是来自古希腊语的琥珀一词。与 此同时, 在 古 代的 中 国, 人 们 对大 自 然的 静 电 放电 现 象 ) ) ) 闪电和雷雨进行了研究。所以, 汉字中繁体字的 / 電0是由/ 雷0 和/ 雨0组 合演变而来的。还有 一种说法 认为在古代的中国, 龙作为能呼风唤雨的神而受到人们 的尊敬, 古人 认为电 闪雷 鸣是 和龙 联系 在一 起的。所 以, 有人认为/ 電0是由繁体字的/ 龍0 字演变而来的。直 至 18 世纪中叶, 人类才通过科学实验的方法, 发现电荷 有正电荷与负电荷之分。1785 年库 仑通过实验证明了 静电学的基本定律 ) ) ) 库仑定律。1799 年, 伏特在仔细
总之, 随着研究 工作的深入, ESD 的特性越 来越清 楚地展现在人 们面前。但是应当注 意的是实际 的静电 放电是一 个极其复杂的过程, 它不仅与 材料、物体形状 和放电回路的电阻值有关, 而且在放电时往往还涉及到 非常复杂的气体击穿过程, 因而 E SD 是一种很难重复的 随机过 程。上面 我 们介 绍 的 仅仅 是 静电 放 电的 主 要 特点。
至此, 人类在研究和应用电磁规律方面取得了空前 的进展, 而 静电这 个古 老的课 题却 被人 们长 期搁置 下 来, 几乎被人们遗忘了。
进入 20 世纪后, 随着工业技术的发展, 人们开始研 究静电技术的应用。与此同时, 静电这个不速之客闯进 了许多高速发展的工业部门, 造成了人们难以预料的各 种障碍和事故。随着科 学技术的发 展, 高分子材 料、微 电子技术和电爆装置的广泛应用, 静电造成的危害已受 到世界各发达 国家的普遍 重视。古 老的静电学 又获得 了新生。逐渐由经典 的静电学发展 成为静电工 程学和 静电防护工程学。
目前, 国际电工委员会 及有关国 家的标准, 对这些 ESD 模型都给出了相应的电路参数和标准的实验方法。 不少企业还生 产了 ESD 模拟器。利 用这些 E SD 模拟 器, 可以方便地进行静电放电实验和进行抗静电检测与 评估。
3 静电起电原理及静电序列
固体物质、粉体物质、液体物质、气体物质以及人体 都会由于静电起电而带 上某种符号 的电荷。为了防止 静电造成的危害, 人们必然关心静电是怎么产生的? 物 体为什么会静电起电? 人们最 熟悉的静电起 电方法是 摩擦使物体带电。在小学或初中学习阶段, 老师就给学 生表 演用丝绸与玻璃棒摩擦后, 玻璃棒带正电, 丝绸带 负电。但是, 用丝绸与 酚醛塑料或 棉布摩擦后, 丝绸却 会带正电, 这又是为什么? 在科学技术已经高度发达的 今天, 要回答 这个问题, 我们 首先从静电 序列讲起。科 学家为了弄清楚静电起电的原理, 自 18 世纪到 20 世纪 一直研究静电带电的规律 性。表 1 列出了有关标准资 料公布的静电序列[ 6] 。
# 63 #
Invited Special Paper
上的导体与非导体 和静电导体 与静电非导体 在概念和 量值划分方面有很大的差异; 欧姆定律是经典物理学和 电工学中的基础理论之一, 但是在静电防护工程学中却 不能简单地使用人 们熟悉的欧 姆定律去研究 高压强静 电场 中的物质导电问题; 又如, 在静 电学中研究的对象 主要是/ 相对观 察者静止电荷 激发的静电 场0 , 或者说, 电荷 处于相对稳定, 仅仅考虑它 周围的电场效应, 其磁 场效应相比之下可以忽略不计, 但是近代科学技术的发 展已 告诫人们, 在静电防护工程 中, 不仅要研究静电带 电体的电场作用, 还要研究它 在周围产生的磁场效应, 尤其是 静 电 放 电 产 生 的 电磁 脉 冲, 其 频 带 宽 度 超 过 1 GH z。这种高频强辐射电磁场对信 息化电子设备和精 确制导武器及电火工品 的危害是十 分严重的。研究静 电放电的特点及其 电磁辐射危 害的防护在信 息化时代 的今天, 具有十分重要的意义。所以, / 静电0问题, 已不 是原来意义上的/ 静电学0问题, 而是与静电放电及其电 磁辐射相关联的静电防护工程问题。从这个意义上讲, 古老 的静电学获得了新生, 除静 电应用技术之外, 还形 成了以静电起电原理、静电放电模型、静电作用机理、静 电危害及其防护, 以及与其相关的静电测试技术等研究 内容为主的静电防护工程学[ 1, 2] 。
2 静电放电与 ESD 模型
提起 静 电 放 电 ( E lect rostatic discharge, ESD ) 与 ESD 模型, 可能非本专业人员 都感到比较 陌生, 但是在 日常生活中每个人都或 多或少地经 历过这一过 程。在 干燥环境, 当一个人脱衣服( 尤其是含有化纤的衣物) 或 在室内的地毯上行走之后, 手触摸接地体或体积较大的 金属物体( 如门的 把手, 自来水管 等) 时, 会有 电击的感 觉, 这就是人 体静电放电造 成的。其实, 不仅人 体能引 发 ESD 事件, 其他一 些物体在 适当的 条件下也 会引发 ESD 事件。这些物体可以是导体也可以是缘绝体, 可以 是固态的、液 态的, 也可以是 气态的或粉 尘状物质。人 体 E SD 在大多数情形下对人体本身无多大危害, 所以许 多人对它并不十分在意。然而, 随着现代科学技术的飞 速发展, 使静电危害日益严重。因此, 以 ESD 及其危害 防护 为核心的静电防护工程学, 近几十年来, 有了长足 的发展。人们通过对静电起电、放电机理及其放电特性 的研究, 提出了多种 ESD 模型, 在此基础上制造出相应 的 ESD 模拟器, 并针对 不同的领域 制定了相 应的 ESD 测试标准。
( 1) 静电放电多数是高电位, 强电场, 瞬时大电流的 过程
过去, 人们认为静电是一种高电位, 强电场, 小电流 的过程, 其实这种看法并不完全正确。的确有些静电放 电过程产生的放电电流比较小, 如电晕放电。但是在大 多数情况下静电放电过程往往会产生瞬时脉冲大电流, 尤其是带电导 体或手 持小 金属物 体( 如 钥匙 或螺丝 刀 等) 的带电人体对接 地体放电时, 产 生的瞬时脉 冲电流 ( 脉冲宽度一般是 ns 级或 Ls 级) 的强度可达到几十安培 甚至上百安培。
自 然 杂 志 29 卷 2 期
特约专稿
静电及其研究进展*
刘尚合① 宋学君②
①中国工程院院士, ②副教授, 军械工程学院静电与电磁防护研究所, 石家庄 050003 * 国家自然科学基金资助( 批准号: 60671044) 关键词 静电学 静电放电 人体静电 静电危害
本文综述了古代人对静电现象的观察、研究及静电学理论体系的形成, 阐明了由传统意义上的静电到现代静电 问题研究的发展, 讨论了人体静电、静电放电及其电磁辐射相关联的以静电起电原理、静电放电模型、静电危害及防 护、静电测试技术为主要研究内容的静电防护工程问题。
研究了摩擦起电和两 种不同金属接 触都会使青 蛙腿抽 搐的现象之后, 认为青蛙腿的抽搐不过是对电流刺激的 灵敏反应, 而肌肉 提供了一定 的溶液。因此, 电流 产生 的先决条件是两种不 同的金属插在 一定的溶液 中并构 成回路。于是, 他在 1800 年用锌 板和铜 板插入一 瓶稀 硫酸液中做成了人类的第一个电池。这种电池, 后来人 们叫做伏特电池。把几个伏特电池串起来, 可以得到更 强的电流。从此, 人们的兴趣由研究静电现象转向研究 电流现象。1820 年, 安培 和奥 斯特发 现了电 流的 磁效 应。1831 年, 法拉第发现了电磁感应定律。1865 年, 麦 克斯韦在全面总结前人研究成果的基础上, 揭示了宏观 电磁现象的基本规律, 形成了人们今天熟悉的麦克斯韦 方程组。