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浅谈放电现象 桑迪浅谈放电现象淄博赛区山东省淄博市桓台县实验中学2007级9班 桑迪 指导教师 王建国摘要：由身边的摩擦起电及火花放电现象引起思考，联想到所学物理知识，寻找资料进行研究。了解了摩擦起电、火花放电现象的物理本质和相关知识，在此浅谈。关键词：摩擦起电 静电现象 静电应用 静电用途及危害 气体介质击穿 火花放电现象 静电放电现象 放电现象消除及防止正文：秋冬季节，在脱毛衣时，会听到噼里啪啦的细小的声音，在暗处还可以看到一些细小火花。与人见面握手时，手指刚一接触到对方，就会感到指尖针刺般刺痛。更有甚者说，在化纤被子里，使劲打几个滚，用指头在被子里一划，就出现一串“火”。这就是生活中常见的火花放电现象（或“静电放电现象”）。要看透现象说本质，所以要说火花放电现象，就得先说说摩擦起电和静电感应。众所周知，物质都是由分子构成，分子是由原子构成，原子中有带负电荷的电子和带正电荷的质子构成。在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，所以对外表现出不带电的现象。但是电子环绕于原子核周围，一经外力即脱离轨道，离开原来的原子而侵入其他的原子。原子因缺少电子数而带有正电现象，称为阳离子；原子因增加电子数而呈带负电现象，称为阴离子。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静电。摩擦起电是物体与其它物体接触后分离带上的静电。静电感应是导体因受外电场的影响而在表面不同的部分出现正负电荷的现象，靠近带电体的一端出现与它异号的电荷，另一端出现与它同号的电荷。（与磁化类似。）当带电体被移开时，导体上的电荷将恢复原来不带电的状态。静电产生过程有了静电，便可能出现静电现象。静电现象包括许多大自然例子，像塑胶袋与手之间的吸引、似乎是自发性的谷仓爆炸、在制造过程中电子元件的损毁等等。静电现象是由点电荷彼此相互作用的静电力产生的。库伦定律专门描述静电力的物理性质。在氢原子内，电子与质子彼此相互作用的静电力超大于万有引力，静电力的数量级大约是万有引力的数量级的倍！人们已经利用静电现象，为人类服务。静电印花、静电喷涂、静电植绒、静电除尘和港电分选技术等，已在工业生产和生活中得到广泛应用。静电也开始在淡化海水，喷洒农药、人工降雨、低温冷冻等许多方面大显身手，甚至在宇宙飞船上也安装有静电加料器等静电装置。同时，静电的危害也不容小视。它的第一种危害来源于带电体的互相作用。在飞机机体与空气、水气、灰尘等微粒摩擦时会使飞机带电，如果不采取措施，将会严重干扰飞机无线电设备的正常工作，使飞机变成聋子和瞎子；在印刷厂里，纸页之间的静电会使纸页粘合在一起，难以分开，给印刷带来麻烦；在制药厂里，由于静电吸引尘埃，会使药品达不到标准的纯度；在放电视时荧屏表面的静电容易吸附灰尘和油污，形成一层尘埃的薄膜，使图像的清晰程度和亮度降低；就在混纺衣服上常见而又不易拍掉的灰尘，也是静电捣的鬼。为了避免此类危害，我们想出了许多方法消除或避免。大多数情况下采用导线接地的方法，这样可以把电荷引人大地，避免静电积累。如在生活中，有些电器用三头插座，通过地线把电荷引入大地；飞机着陆时，为了防止乘客下飞时被电击，飞机起落架上大都使用特制的接地轮胎或接地线。还可以使用增加湿度的方法，通过潮湿漏电，让电荷随时放出，也可以有效地消除静电。防静电标志第二大危害，也就是最大的危害，是我要说的火花放电。在手术台上，电火花会引起麻醉剂的爆炸，伤害医生和病人；在煤矿，则会引起瓦斯爆炸，会导致工人死伤，矿井报废。这些悲剧都与火花放电现象有关。类似脱尼龙毛衣时的火花放电现象是一种绝缘击穿中气体介质击穿的一种。简单来说就是在极高电压下，把绝缘体变为导体，形成类似短路的剧烈发光放热现象。用专业术语来说就是当加在间隙上的电压超过气体介质绝缘强度时，发生贯穿性放电、气体介质短时间丧失绝缘性能的现象。气体介质击穿包括电击穿、热击穿、电化学击穿，而这又属于其中的电击穿。电击穿是因电场使电介质中积聚起足够数量和能量的带电质点而导致电介质失去绝缘性能。有一个问题是这样的：一个半径为1cm的小球，当它表面均匀分布着0.33微库的电量时，它的电势有多高呢？由公式可以计算出小球的电势。其中K是比例常数，Q是球面上的总电量，R是小球的半径。由此，这个半径为1cm、带0.33微库的电量小球竟带有30000V的电压！科学研究表明，干燥空气的击穿电场强度大约为30000V/cm，而涤纶织物放电时，电压高达50000V，可见日常生活中的静电放电现象的确需要极高的电压。也许有些人会问了：既然电压如此高，与起电机两放点球之间电压无几，人的安全电压为小于等于36V，而人们为什么不会受伤呢？安全电压一般只针对持续电流，而摩擦起电产生电压固然高，但电量很少，一般不会形成持续电流，也就不会对人身带来大的危害，只是会感到针刺般的“电麻”罢了。但这种“电麻”还是少接触为妙，通过公式可求出电火花放出的热，即你在被电击时一瞬间所吸收的热。程度虽不及闪电击人时的轻则烧伤、重则毙命，但我们也知道蛋白质在高温下会失活变质的，所以要尽量避免。可如何避免呢？我听过一个故事，也许是笑话，但不无道理。兄弟班级中有俩哥们，在冬天喜爱互相“电”人玩。他们穿着外套在一起不停相互摩擦，之后两人各伸出一指，靠近一些便开始出现一个接一个的火花。终于两人受不了，便拿出钥匙，把钥匙靠近，火花依旧，但不再有人喊痛。手上放电的疼痛是由于高压放电，由于手放电时是极小面积的接触，因而产生瞬间高压。如果拿出来口袋里的钥匙，先大面积握住钥匙（钥匙本身不能传走电荷，因而这时也不会有电击），再用一把钥匙的尖端去靠近其他导体，这时，放电的接触点就不是手上的某个点，而是钥匙尖端，因此手不会感到疼痛。但也许钥匙会，如果它有疼感的话。这也就是上面提到的方法（“替罪羊”法）。对付静电，通常采取“防”和“放”两手。“防”，我们应该尽量选用纯棉制品作为衣物和家居饰物的面料，尽量避免使用化纤地毯和以塑料为表面材料的家具，以防止摩擦起电。尽可能远离诸如电视机、电冰箱之类的电器，以防止感应起电。“放”，就是要增加湿度，使局部的静电容易释放。当你关上电视，离开电脑以后，应该马上洗手洗脸，让皮肤表面上的静电荷在水中释放掉。居家常用加湿器。除潮湿漏电，与大地相连也不失为好办法。空气中每立方厘米大约有100150个带电离子，它们附着在灰尘上落在油罐车上，使油罐车带电；加之车体与、空气汽油摩擦，又会使油罐带电越来越多。橡胶轮胎是绝缘体，把车体和大地分离。车体带电到一定程度便会火花放电，火花放电的温度可达10000摄氏度，远超过汽油燃点。一旦出现火花放电，后果不堪设想。所以油罐车的尾部常拖一条铁链，这就是车的接地线，把车体所带电荷引入大地。日光灯的启辉器也利用火花放电原理。闭合日光灯的电键时，电压使启辉器的玻璃管中的氖气放电，放电生热使玻璃管中动片受热膨胀与静片接通。在这一过程中发出闪光和咔嚓声。待动片与静片断开时，高电压又使灯管中的水银蒸气放电，日光灯发光。在大自然中还有一些我们熟悉的火花放电现象。如，闪电的产生，其原理与这种现象是一样的，也为气体介质击穿。闪电是由高电荷量的正负电场间绝缘物被击穿的放电机理，当强大的正负电荷粒子相互碰撞时瞬间产生湮灭，在正负电荷相互撞击的一刹那就会形成光辐射和高温气体的膨胀效应，光辐射形成了看到的闪电，高温气体快速膨胀会与空气产生共鸣而形成巨大的声响。参考文献：1 叶九成 课堂上的一万个为什么（中学物理） 知识出版社 1994年12月2 张润青 趣味物理365 国际文化出版公司 1993年1月3 海底waltz，哎丽斯_镰，百科拆分专员，百科ROBOT，于如涛，【弹指神通】 静电（百度百科）4 百科ROBOT，zhuokefeng0577，y2308，perthdom 火花放