無處不在的靜電現(xiàn)象

■河南省商丘市第一高級(jí)中學(xué)高三（23）班 劉苡言

無處不在的靜電現(xiàn)象

■河南省商丘市第一高級(jí)中學(xué)高三（23）班 劉苡言

在人類早期,還沒有系統(tǒng)地進(jìn)行有關(guān)靜電現(xiàn)象的研究時(shí),人們就對(duì)生活中的一些靜電現(xiàn)象的實(shí)例進(jìn)行了記載。早在公元前600年左右,希臘人塞利斯就發(fā)現(xiàn)了摩擦過的琥珀吸引輕小物體的現(xiàn)象,這便是摩擦起電;無獨(dú)有偶,公元1世紀(jì),我國(guó)學(xué)者在《論衡》一書中也有用玳瑁的殼吸引輕小物體的描述。隨著歷史長(zhǎng)河的流動(dòng),歷代科學(xué)家對(duì)靜電現(xiàn)象的探究逐步深入,時(shí)至今日,我們可以發(fā)現(xiàn)靜電現(xiàn)象無處不在。

一、靜電感應(yīng)現(xiàn)象

一個(gè)帶電的物體與不帶電的導(dǎo)體相互靠近時(shí),由于電荷間的相互作用,會(huì)使導(dǎo)體內(nèi)部的電荷重新分布,異種電荷被吸引到靠近帶電體的導(dǎo)體一端,而同種電荷被排斥到遠(yuǎn)離帶電體的導(dǎo)體另一端,這種在外電場(chǎng)的作用下導(dǎo)體中電荷重新分布的現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)現(xiàn)象。導(dǎo)體中的自由電荷受到電場(chǎng)力的作用而定向移動(dòng)是產(chǎn)生靜電感應(yīng)的原因。

人們對(duì)于靜電感應(yīng)現(xiàn)象的研究應(yīng)用使得現(xiàn)如今的一些工藝方法有了新的突破。例如,在基于靜電感應(yīng)的微細(xì)電火花線切割加工方法中,采用電容耦合的原理進(jìn)行給電,除電極絲和工件之外,還增加了一個(gè)給電電極,電源電壓以一定的周期加在給電電極和工件之間,以獲得持續(xù)的放電加工。這種方式具有傳統(tǒng)的電火花加工方法難以企及的優(yōu)點(diǎn)：回避了電容的不利影響,減小了放電能量;確保了電極間恢復(fù)絕緣,能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的放電,并因此大幅度地提高加工速度;可實(shí)現(xiàn)非接觸給電,提高加工精度等。

二、靜電平衡現(xiàn)象

無論導(dǎo)體是否帶電,一旦其處于外電場(chǎng)中,在外電場(chǎng)E的作用下,導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷受到電場(chǎng)力的作用,將向著電場(chǎng)的反方向做定向移動(dòng),因而產(chǎn)生的感應(yīng)電荷所激發(fā)的感應(yīng)電場(chǎng)E0與外電場(chǎng)E相反,E0阻礙導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷的定向移動(dòng)。只要E＞E0,電子仍將做定向移動(dòng),直到E=E0,導(dǎo)體中的自由電荷才會(huì)停止定向移動(dòng);此時(shí)達(dá)到靜電平衡狀態(tài)。

靜電平衡在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用非常廣泛?，F(xiàn)在雖然有越來越多的儀器用工程塑料制作外殼,但當(dāng)你打開儀器外殼時(shí),仍然會(huì)看到在外殼的內(nèi)壁上粘貼有一層接地的金屬薄膜,它起到與金屬外殼一樣的屏蔽作用;作為全波整流或橋式整流的電源變壓器,在初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間包上金屬薄片或繞上一層漆包線并使之接地,可以達(dá)到屏蔽作用;在高壓帶電作業(yè)中,施工人員穿上用金屬絲或?qū)щ娎w維織成的均壓服,可以對(duì)人體起屏蔽保護(hù)作用等。

三、尖端放電現(xiàn)象

帶電導(dǎo)體表面突起部分(尖端)發(fā)生的放電現(xiàn)象。由于帶電導(dǎo)體表面電荷的分布與表面的曲率有關(guān),曲率越小處電荷分布越密,電場(chǎng)強(qiáng)度越大,致使空氣電離而放電。

圖1

鯊魚鰭式汽車天線(如圖1所示)就是基于尖端放電原理設(shè)計(jì)的。在天氣干燥時(shí),高速行駛的汽車和周圍空氣摩擦容易產(chǎn)生靜電,多余的靜電會(huì)使人感到不適,有了鯊魚鰭式天線后,就可以充分利用電子走尖端的特性,將靜電導(dǎo)入到鯊魚鰭式天線的尾尖上釋放。無論將鯊魚鰭式天線安裝在車上的什么位置,都可以達(dá)到減少車表靜電的目的。

此外,靜電現(xiàn)象還有很多其他的應(yīng)用。比如根據(jù)靜電能吸引輕小物體的性質(zhì)和同種電荷相排斥、異種電荷相吸引的原理,實(shí)現(xiàn)的靜電復(fù)印、靜電除塵、靜電噴漆、靜電植絨、靜電噴藥等;利用高壓靜電產(chǎn)生的電場(chǎng),實(shí)現(xiàn)的靜電保鮮、靜電滅菌、作物種子處理等;利用靜電放電產(chǎn)生的臭氧,實(shí)現(xiàn)的無菌消毒、與氮合成為氨以供給植物營(yíng)養(yǎng)等。同學(xué)們?nèi)绻軌蛘嬲莆侦o電現(xiàn)象中的科學(xué)原理,進(jìn)行更多的應(yīng)用,定將為未來人類充滿無限可能的生活貢獻(xiàn)一份力量。

(責(zé)任編輯 張 巧)