無處不在的靜電現(xiàn)象

■河南省商丘市第一高級中學(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。隨著歷史長河的流動(dòng),歷代科學(xué)家對靜電現(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,一旦其處于外電場中,在外電場E的作用下,導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷受到電場力的作用,將向著電場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E0與外電場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,在初級線圈和次級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,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)