■河南省商丘市第一高级中学高三（23）班 刘苡言

无处不在的静电现象

■河南省商丘市第一高级中学高三（23）班 刘苡言

在人类早期,还没有系统地进行有关静电现象的研究时,人们就对生活中的一些静电现象的实例进行了记载。早在公元前600年左右,希腊人塞利斯就发现了摩擦过的琥珀吸引轻小物体的现象,这便是摩擦起电;无独有偶,公元1世纪,我国学者在《论衡》一书中也有用玳瑁的壳吸引轻小物体的描述。随着历史长河的流动,历代科学家对静电现象的探究逐步深入,时至今日,我们可以发现静电现象无处不在。

一、静电感应现象

一个带电的物体与不带电的导体相互靠近时,由于电荷间的相互作用,会使导体内部的电荷重新分布,异种电荷被吸引到靠近带电体的导体一端,而同种电荷被排斥到远离带电体的导体另一端,这种在外电场的作用下导体中电荷重新分布的现象叫静电感应现象。导体中的自由电荷受到电场力的作用而定向移动是产生静电感应的原因。

人们对于静电感应现象的研究应用使得现如今的一些工艺方法有了新的突破。例如,在基于静电感应的微细电火花线切割加工方法中,采用电容耦合的原理进行给电,除电极丝和工件之外,还增加了一个给电电极,电源电压以一定的周期加在给电电极和工件之间,以获得持续的放电加工。这种方式具有传统的电火花加工方法难以企及的优点：回避了电容的不利影响,减小了放电能量;确保了电极间恢复绝缘,能够实现稳定的放电,并因此大幅度地提高加工速度;可实现非接触给电,提高加工精度等。

二、静电平衡现象

无论导体是否带电,一旦其处于外电场中,在外电场E的作用下,导体内的自由电荷受到电场力的作用,将向着电场的反方向做定向移动,因而产生的感应电荷所激发的感应电场E0与外电场E相反,E0阻碍导体内的自由电荷的定向移动。只要E＞E0,电子仍将做定向移动,直到E=E0,导体中的自由电荷才会停止定向移动;此时达到静电平衡状态。

静电平衡在生产生活中的应用非常广泛。现在虽然有越来越多的仪器用工程塑料制作外壳,但当你打开仪器外壳时,仍然会看到在外壳的内壁上粘贴有一层接地的金属薄膜,它起到与金属外壳一样的屏蔽作用;作为全波整流或桥式整流的电源变压器,在初级线圈和次级线圈之间包上金属薄片或绕上一层漆包线并使之接地,可以达到屏蔽作用;在高压带电作业中,施工人员穿上用金属丝或导电纤维织成的均压服,可以对人体起屏蔽保护作用等。

三、尖端放电现象

带电导体表面突起部分(尖端)发生的放电现象。由于带电导体表面电荷的分布与表面的曲率有关,曲率越小处电荷分布越密,电场强度越大,致使空气电离而放电。

图1

鲨鱼鳍式汽车天线(如图1所示)就是基于尖端放电原理设计的。在天气干燥时,高速行驶的汽车和周围空气摩擦容易产生静电,多余的静电会使人感到不适,有了鲨鱼鳍式天线后,就可以充分利用电子走尖端的特性,将静电导入到鲨鱼鳍式天线的尾尖上释放。无论将鲨鱼鳍式天线安装在车上的什么位置,都可以达到减少车表静电的目的。

此外,静电现象还有很多其他的应用。比如根据静电能吸引轻小物体的性质和同种电荷相排斥、异种电荷相吸引的原理,实现的静电复印、静电除尘、静电喷漆、静电植绒、静电喷药等;利用高压静电产生的电场,实现的静电保鲜、静电灭菌、作物种子处理等;利用静电放电产生的臭氧,实现的无菌消毒、与氮合成为氨以供给植物营养等。同学们如果能够真正掌握静电现象中的科学原理,进行更多的应用,定将为未来人类充满无限可能的生活贡献一份力量。

(责任编辑 张 巧)