静电起电基本概念 - 杨女士工控博客工控论坛

杨女士

学历：硕士研究生

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发表人：ylip

发表时间：2009/2/16 13:41:00

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本栏论题：

静电起电基本概念 [8912]

    静电起电包括使正、负电荷发生分离的一切过程，如通过固体与固体表面、固体与液体表面之间的接触、摩擦、碰撞，固体或液体表面的破裂等机械作用产生的正、负电荷分离；也包括气体的离子化、喷射带电以及在粉尘、雪花和暴风雨中的带电现象。
    如何科学地解释静电起电的微观机制，仍是目前该研究领域的疑难问题之一。目前学术界比较统一的理论基础是“接触——分离”起电理论。
    接触过程是形成偶电层的过程，物体带电的正、负极性被认为是由这个过程来决定的；
    分离就是使已经接触的两种物体分开，这一过程伴随着静电电容的减小和电位的升高。实际上，在这一过程中物体所带的电荷会消散、被中和一部分，最终观察到的带电量由这一阶段决定。分离的瞬间，分离处局部电场强度剧烈增加，促使物体间电荷倒流，发生传导中和效应，偶电层发生畸变。这种现象与材料的电导率关联性很强，对于导体材料，传导中和效应明显；对于非导体材料，传导中和效应很弱，甚至没有。
    其它起电方式
    固体的静电起电方式除前面讲述的接触－分离起电以外，还有多种其它起电方式
     剥离起电
    互相密切结合的物体剥离时引起电荷分离而产生静电的现象，称为剥离起电。
     破裂起电
    当物体遭到破坏而破裂时，破裂后的物体会出现正、负电荷分布不均匀现象，由此产生的静电，称为破裂起电。
     电解起电
    当固体接触液体时，固体的离子会向液体中流动，这使得固、液分界面上出现电流。固体离子移入液体时，留下相反符号的电荷在其表面，于是在固、液界面处形成偶电层。若在一定条件下，和固体相接触的液体移走，固体就留下一定量的某种电荷。
     压电起电
    在给石英等离子型晶体加压时，会在它们表面上产生极化电荷。这种现象称为压电效应。产生压电效应的原因是这些晶体的电学上各向异性。
     热电起电
    若对显示压电效应的某些晶体加热，则其一端带正电，另一端带负电。这种现象称为热电效应
     介质的感应起电
    感应带电就是带电物体的电场，在邻近的物体上造成电荷的分离，靠近带电物体的表面，会出现与带电体电荷极性相反的感应电荷。
     吸附起电
    空气中的浮游带电粒子被物体表面的偶极子吸引且附着在物体上时，整个物体就会有某种符号的过剩电荷而带电。
     喷电起电
    当原来不带电的物体处在高电压带电体附近时，由于带电体周围特别是尖端附近的空气被击穿，出现空间放电或者接触放电现象，结果使原来不带电的物体带上与该带电体或电源具有相同符号的电荷，这种起电方式叫做喷电起电。

    静电放电
    静电放电指带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时，因介质产生电离而使带电体上的静电荷部分或全部消失的过程。
    既有静电能量的传导输出，也有电磁脉冲场的辐射。产生瞬时脉冲大电流，可达到几十甚至上百安培。
    总体呈现为一个随机的动态过程，会受气候、环境等条件的影响。常常使得研究者难以捉摸。

    静电放电的类型
    根据静电放电的特点，并从防止静电危害方面来考虑，放电类型可分为七种。
    （1）电晕放电
    电晕放电也叫尖端放电，是发生在极不均匀的电场中，空气被局部电离的一种放电形式。发生电晕放电的电极或带电体附近的电场较强，电晕放电是一种高电位、小电流、空气被局部电离的放电过程。在放电中，它产生的电流很小，约在1µA到几百个µA之间，因此一般不具备引燃、引爆能力。
    （2）火花放电
    当静电电位比较高的静电导体靠近接地导体或比较大的导体时，便会引发静电火花放电。静电火花放电是一个瞬变的过程，放电时两放电体之间的空气被击穿，形成“快如闪电”的火花通道，同时还伴随着劈劈啪啪的爆裂声，爆裂声是由火花通道内空气温度的急遽上升，形成的气压冲击波造成的。在发生静电火花放电时，静电能量瞬时集中释放，其引燃、引爆能力较强。另外静电火花放电产生的放电电流及电磁脉冲，具有较大的破坏力，它可对一些敏感电子器件和设备造成危害。
    （3）刷形放电
    这种放电往往发生在导体与带电绝缘体之间，带电绝缘体可以是固体、气体或其他低电导率的液体。刷形放电时，形成的放电通道在导体一端集中在某一点上，而在绝缘体一端有较多分叉，分布在一定空间范围内。
    （4）传播刷形放电
    传播刷形放电又被称之为沿面放电，仅在绝缘体的表面电荷密度大于2.7×10－4C/m2时较易发生。一般情况下，传播刷形放电发生在绝缘材料与金属之间，放电通道沿绝缘材料的表面进行。它释放的能量很大，有时可达数焦耳，引燃、引爆能力极强。在气流输送粉料和大型容器的罐装时，如果容器的材料为绝缘材质或带有绝缘层的金属材质时，可能发生传播刷形放电。
    （5）大型料仓内的粉堆放电
    粉堆放电一般可能发生在容积达到100m3或更大的料仓中。当把绝缘性很高的粉体颗粒，由气流输送经过管道和滑槽进入大型料仓时，在沉积的粉堆表面可能发生强烈的放电，放电能量可达到10mJ。粉料沉积后，粉堆电量迅速增加，表面的场强也相应的增强。当场强增加到一定程度时，首先在粉堆的顶部产生空气的电离，形成从仓壁到粉堆顶部的等离子体导电通道，产生粉堆与仓壁之间的静电放电，一般来说，料仓体积越大，粉体进入料仓时流量越高，粉粒绝缘性越好，就越容易形成粉堆放电。
    （6）雷状放电
    这是一种大范围的空间放电形式。最初在火山爆发的尘埃中曾观察到，近年来在实验中也得到证实。但在实际工业生产中尚未发生过，有人通过试验证实，认为容器体积小于60m3或柱形容器的直径小于3m时，不会发生这种放电。
    （7）电场辐射放电
    电场辐射放电，依赖于高电场强度下气体的电离，当带电体附近的电场强度达到3MV/m时，这种放电就可能发生。放电时，带电体表面可能发射电子。这种放电能量比较小，引燃引爆能力较小，出现这类放电的概率也小。