静电的危害及防护

1、静电的危害及防治 Static electricity 常见的静电现象 皮带传动打滑时，皮带上的静电 吸取、灌注和储运易燃液体（汽油、酒精），静 电电压高达数千伏，引起汽油蒸汽爆炸 粉尘在空间浮动和空气相互摩擦碰撞，附件又有 接地金属时，就会出现火花引起爆炸 运送汽油的油车，油箱里的汽油不停的晃动，轮 胎是绝缘的，电荷在油箱上积累 人体带静电 飞机高速飞行与空气流的摩擦 尼日利亚最大城市拉各斯的 一条汽油管道2006年12月26 日发生爆炸，爆炸造成至少 260人死亡。 静电的产生 静电 静止电荷 简单地说，静电是由两种物质相互摩擦而 产生的，失去电子的带正电，得到电子的 带负电 固体、液体和

2、气体静电起电原因各有特点 固体的起电 接触分离起电 两个不同固体材料接触距离达到25埃（10-10m）就有电荷 的转移发生（隧道效应） 1796年伏特（英）发现带电序列 （）铝、锌、锡、镉.汞、铁、钢、铜、银、金铂、钯、 二氧化铅（） 偶电层 两金属间产生等量异号的电荷层 逸出功 使一个电子从物体内部转移到物体外部真空中去 外力所做的功w 两金属界面的电位差V12 有关系eV12w1-w2 V12在十分之几至几伏之间。为什么突然分开时能产生上万 伏的电压？ 隧道效应 1957年受雇于索尼公司的江崎玲於奈发现当增加 PN结两端的电压时电流反而减少，这种反常的负 电阻现象解释为隧道效应。 1962

3、年，年仅20岁的英国剑桥大学实验物理学研 究生约瑟夫森预言，当两个超导体之间设置一个 绝缘薄层时，电子可以穿过绝缘体从一个超导体 到达另一个超导体。不久得到P.W.安德森和J.M. 罗厄耳的实验观证实电子对通过两块超导金 属间的薄绝缘层（厚度约为10埃）时发生了隧道 效应，于是称之为“约瑟夫森效应”。 宏观量子隧道效应确立了微电子器件进一步微型 化的极限。例如，在制造半导体集成电路时，当 电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效 应而穿透绝缘层，使器件无法正常工作。 隧道效应 经典物理学认为，物体越过势垒，有一阈值能量； 粒子能量小于此能量则不能越过，大于此能量则 可以越过。例如骑自行车过小

4、坡，先用力骑，如 果坡很低，不蹬自行车也能靠惯性过去。如果坡 很高，不蹬自行车，车到一半就停住，然后退回 去。 量子力学则认为，即使粒子能量小于阈值能量， 很多粒子冲向势垒，一部分粒子反弹，还会有一 些粒子能过去，好像有一个隧道，故名隧道效应 （quantum tunneling）。可见，宏观上的确定性 在微观上往往就具有不确定性。虽然在通常的情 况下，隧道效应并不影响经典的宏观效应，因为 隧穿几率极小，但在某些特定的条件下宏观的隧 道效应也会出现。 固体的起电(续) 物理效应起电 压电效应，石英晶体在1kg的压缩力下，可产生 百分之几的电位差 热电效应 石英晶体也有热电现象 感应带电 指静电

5、场对金属导体的感应带电现象 液体静电的产生 液体流动带电 电阻率较高的液体在金属管道里流动时，由于液体里有 杂质，在金属管壁上形成约一个分子层的电偶层 液体气体界面起电 水是极性分子，当水分裂成细末时，水滴呈正电性，飞 沫呈负电性，即雷纳效应（雷纳在阿尔卑斯山的尼亚加 拉瀑布前发现的） 气体静电的产生 纯净的气体不容易产生静电 分子间距是分子直径的几十倍 接触机会少 气体产生静电的原因 加压时，接触机会加剧 气体内部含有灰尘、金属粉末、液滴、水锈等 静电的危害 引起爆炸及火灾 电击 直接伤害 二次伤害 影响生产 电子器件误动作 防碍生产，吸附尘埃、粉体吸附于设备、印刷 时纸张不齐（不能分开）

6、静电放电形式及其能量 电晕放电（corona） 在带电体的尖端放电，放 电能量密度102mJ (传播)刷形放电（propagating brush discharge） 带电量大的非导体与较平滑的接地导体之间易产 生刷形放电。沿面放电，放电通道有分叉呈树枝 状，放电能量可达mJ级 堆积粉尘的放电(cone discharge，bulk surface disch.) 呈现能量较集中的放电回路，放电能量 的级别在102102mJ ，是比较危险的放电形式 火花放电(spark discharge)带电体和和接地体在 间隙很小的情况下间隙间突然放电，不分叉，瞬 间可释放较集中的能量，达到数百mJ 静

7、电火花引发粉尘爆炸危险性 人体放电 人体是静电的导体，放电形式为火花放电， 能量集中，危害性较大 坐在木凳上身体可产生2万伏电压，在地板上 走过可积蓄5万伏电压 人体静电火花能量： 人体电容（我国）约在150350pF 假定静电电压数千伏 静电火花的能量0.2mJ 足以引燃饱和烃及其衍生物的爆炸性环境 设备放电能量 物体电容/pF1/2CV2 （mJ） 10kV20kV30kV 单个螺丝10.050.20.45 法兰（100mm）100.524.5 铲20149 小型容器（斗，50升桶）101000.5-52-204.5-45 漏斗，烟囱101000.5-52-204.5-45 桶（200升）

8、1003005-1520-6045-135 人1003005-1520-6045-135 工厂大型设备（容器，反 应罐） 10010005-5020-20045-450 油罐汽车100050200450 静电荷的累积 静电荷累积 静电荷产生 产生静电 物体的电学特性和产生静电荷条件和环境 电学条件 固体材料的电阻率越大，产生静电越高，反之 亦然 物体的起电能力 带电的最大电位/kV 物体的表面电阻率/ 不带电 0.01 106以下 微量带电 0.010.1 106108 带电体 0.11 1081010 高带电体 1以上 1010以上 静电荷的累积（续） 电学条件 液体静电的产生取决于含杂和液

9、体自身的体电阻率 含杂过少，不易产生静电，但过多，由于导电率增 加，电荷易泄漏，也不会产生大量的静电荷 液体自身电阻率的影响 其他影响静电产生的因素 紧密接触，快速分离 接触物材质、表面状况、数量和几何尺寸 环境条件湿度 相对湿度大物体表面产生水膜，利于表面导电； 空气中水分大，增加空气的导电性，利于静电 荷的空间泄漏。 静电荷的消散 静电荷的消散途径放电和泄漏 泄漏途径：绝缘体表面泄漏和绝缘体内部 泄漏，均依靠物体自身的体、表电阻率的 影响，与电容放电规律类似，有经验公式 10 00 t t eQeQQ Q电容剩余电荷，Q0泄漏前电容上的带电量， 泄漏时间常 数（导体电容率与体电阻率的积）

10、静电的防治 减少静电荷的产生 正确的选择材料 选择不易起电的材料 根据带电序列选用不同材料（正负相消法） 对于必须选用绝缘材料时可选用吸湿性材料 工艺的改进 改进工艺方法，减少静电 改变工艺操作程序 湿法生产 降低摩擦速度和流速 西德规定 在用管道运输油品时不同管径下的流速按 下式计算 v2D0.64 静电的防治（续） 减少静电荷的产生 减少特殊操作中的静电 控制注油方式 采用密闭装车 减少静电荷的积累 静电接地，单独接地电阻不大于100 增加空气的相对湿度，到70%时效果良好，尤 其对于吸湿性材料 采用抗静电添加剂 增大该种材料的导电性和 亲水性，使导电性增加，静电荷被带走 静电的防治（续） 减少静电荷的积累 采用静电消除器（又称静电消电器，静电中和器） 防止带电 原理：利用正负离子中和的方法，达到消除静电 的目的。手段：借助空气电离或电晕放电 分类： 自感应静电消除器 利用带电体的电荷与被感应放电针 之间发生电晕放电使空气被电离的方式来中和静电 带