静电及其应用，本文主要内容关键词为：静电论文,及其应用论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
建国以来，随着国民经济的迅速发展，我国静电科学研究已取得了很大的进展，并广泛应用于多个领域.如何进一步防止静电的危害、利用静电造福于人类社会对于我们具有十分重要的意义.
一、静电现象与研究
人们通常将运动的电荷或导体中的电流叫做动电，而把相对静止的电荷或者物体上处于相对平衡的电荷称做静电.静电现象在自然界，在我们的日常生活中广泛地存在着，如：当你拿起梳子梳头时，你会听到噼啪的声响；在炎热的夏季阴雨天气里，你会看到耀眼的闪电；如果你用一块绸子摩擦一根玻璃棒时，你会发现玻璃棒能够吸引许多小纸屑……这些奇妙的现象，就是静电.
早在公元前7世纪，即我国的周朝时期，古希腊有一位名叫塔利斯（Thelas）的哲学家在海滩上偶然发现了一种美丽的石块，它能吸引麦秆的小碎渣和一些轻小的羽毛.他感到非常奇怪，又取了些线丝、绒毛，也用这块石头去吸，结果也被吸引了起来.这种透明的褐黄色石头就是现在所谓的“琥珀”.塔利斯当时解释不了这个有趣的现象，他把这个现象记载了下来，让后人揭开这个“琥珀之谜”.其实，这就是现在我们所说的摩擦生电现象.
这种摩擦生电现象早在我国东汉时期，著名学者王充就在他的一本叫做《论衡》的书中记载了“顿牟掇芥”，“顿牟”就是琥珀，“掇”就是拾取的意思，而“芥”则是轻小的物体.王充的记载与塔利斯的一样都不能解释这种奇妙现象.可惜的是，这个极为重要的发现并没有引起人们的注意，被放置了2000多年.直到17世纪，英国物理学家吉尔伯特（Willian Gilbert）才又重新研究这个“琥珀之迷”.经研究他发现物体被摩擦之后能吸引轻小物体的现象，并不是琥珀所独有，像玻璃、火漆、胶木、宝石、水晶等等.虽然吉尔伯特也没有解释这种奇妙的“带电现象”，但却吸引了很多科学家们的兴趣.
1747年美国物理学家富兰克林（B.Franklin）经过许多实验后正式宣布两种电荷的存在，即正电荷和负电荷，他认为摩擦后的玻璃棒带正电，而树脂棒带负电.1745年，莱顿大学教授马森布罗克（P.Muss Chenbroek）发明了莱顿瓶，它能收集电荷，是电容器的一种原始形式.1775年，意大利物理学家伏打（A.Volta）发明了静电感应起电盘，他利用感应起电盘能使导体产生电压很高的静电.科学家法拉第引入了带电体周围电力线和电荷转移的概念，英国科学家普利斯特利（Priestley）提出两个电荷间的作用力与它们之间的距离的平方成反比.1800年伏打做成了第一个电池，他把电池串联起来，做成一个电流更强的电池组.人们可以获得连续的电流，这导致了许多新的发现，而在这之前，科学家普遍认为电与磁相互毫无关系.1820年7月奥斯特（Oersted）宣布他发现了电流的磁效应，打开了电应用的新领域.1820年9月安培发现了圆电流对磁针的作用，提出了分子电流假说.1837年，法拉第提出一种新的观点，认为带电体周围存在电场，电荷之间的相互作用是通过电场进行的.1839年高斯发表了“与距离平方成反比而作用着的引力和斥力的一般原理”的论文.至此，静电学的理论体系基本形成.
二、静电的应用
随着科学技术的发展，静电学从实验科学阶段走向实际应用阶段，在20世纪中叶以前，静电似乎不存在什么严重的问题.20世纪中叶以后，随着工业生产的高速发展，以及高分子材料迅速推广运用，静电问题日益显要.一方面，一些电阻率很高容易积累静电的材料，如塑料、橡胶等制品应用，以及生产过程的高度自动化，使静电能积累到很高的程度；另一方面，静电敏感材料的生产和使用，如轻质油、电子器件等，在有关领域造成相当严重的后果和损失.静电放电曾多次发生火灾和爆炸事故，它曾使得火箭和导弹发射失败、损坏电子器件，使得电子产品损失达上百亿美元.在太空飞行器中静电破坏电池组使其寿命缩短，干扰卫星的正常运行，造成失控，使各类航天飞行器与地面失去联系.在石油化工企业中，由于静电引起的火灾爆炸事故，屡见不鲜.荷兰、挪威、英国3艘20万吨超级油轮相继发生爆炸，损失巨大.我国油罐、煤罐等因静电引发的燃烧爆炸事故也触目惊心.静电已引起各国科学家们的关注.“静电”已不是传统意义上的静止电荷激发的静电场问题，而是与静电放电相关的电磁环境问题，如何认识静电发生的原理起因，做好生产、运输、储存中的静电防护，是我们科技工作者的当务之急，一旦我们掌握了静电产生机理，将不利因素转化为有利因素，就能为国民经济建设服务，为人类社会服务.在人们认识研究过程中，静电已逐渐变成人们手中的有力武器，正发挥着不可估量的作用.
静电防尘
图1为水泥厂回转窑使用的静电除尘器示意图，整个装置由上、中、下3个部分组成，含尘烟气由下部引入，下部主要包括气体均匀分布器、气流导流板、排灰装置，中部是由电晕极和沉淀极组成的电场室，（电晕极接到高压直流电源的负极，电压一般为6万伏，正极接地并与沉淀极相连通）上部则主要为震打装置，除尘后的烟气由上部排出.
含尘的烟气从入口进入后，由于风口扩大，使气流速度降低，经过导流板和均匀分布器，使气流均匀地进入中部电场室.在直流高压的作用下，其尖角附近的空气被强电场击穿而发生电晕放电，空气分子被电离成正离子和电子，由于电晕极接在负极，故电离出来的电子被排斥离开电晕极，离开的电子附在氧分子上成为带负电的负离子，这些负离子在电场的作用下，向沉淀极运动而形成微弱的电子流.当含有灰尘的烟气通过时，这些负离子附在灰尘上，使灰尘成为带负电的粒子，并被推向沉淀极，在上部震打装置作用下，使灰尘落入积尘器，而不致被上升的气流带走，下落的灰尘汇集到积尘器，被排灰机运走.净化后的烟气通过除尘器上部的出口排出大气中.
静电除尘器除用于水泥厂的回转窑之外，还可用于金属精炼炉、鼓风炉、炼焦炉、锅炉、排烟等.
静电防腐
据统计，全世界每年因生锈而报废的钢铁设备，占世界钢产量的20％左右，有些国家因腐蚀而造成的损失，比水灾、火灾、台风、地震的损失总和还多.我们一般使用的钢材并不是纯金属，里面含有碳等许多杂质.任何两件不同的物体，只要直接接触，就会产生电位差.显然，钢铁腐蚀的原因就是因为里面存在着接触电位差，若设法消除这个电位差，也就消除了钢铁的生锈问题.
在钢铁里面被腐蚀的成分是铁而不是碳、铁失去自由电子处于高电位，即属于直流电路中的正极；碳是负极并没有受到任何腐蚀.正极和负极的差别，仅在于电位的高低，而电位的高低与电子的多少有关，如果我们向电位高的正极注入电子，则正极电位就会降低，当电位降到与负极相等时，即电位差就等于零，则钢铁里面的铁成分就不会失去电子，即消除了腐蚀.
静电复印
静电复印机的中心部件——硒鼓.硒是一种光电半导体材料，它在黑暗中不导电，是一种良好的绝缘介质，并能储存静电场能量；在光照射时，硒又能立即变成导电材料，把保存的电荷释放出去.把硒蒸镀在一个旋转的铝辊上，叫做硒鼓.
待复印的原本扣在玻璃台上，受到光源的扫描照射，从原本上反射回的光通过镜头落到充过电的硒鼓表面.原本中有字迹的部分吸收了照射光，在对应的硒鼓表面上形成字迹阴影；空白部分由于反光性好，光线反射到硒鼓表面，受光部分的硒膜变为导体，通过接地的铝辊放走了电荷，这样原本上的字迹、符号、图表等就保住了阴影上的正电荷.
复印机里的油墨是一种含有热融性树脂和色素的铁状物质，叫做润色粉，也叫墨粉.在墨粉中掺入经防氧化处理的铁粉，因铁粉和墨粉凝聚在一起有接触电位差，使墨粉带负电荷，铁粉带正电荷.铁墨混合物叫做显影剂，显影剂装在箱里，通过磁刷逸出，磁刷上的墨粉因带负电荷，遇到正电荷组成的字迹阴影就被吸附过去，而铁粉带正电荷，被同性电荷排斥回显影剂箱里，至于没有阴影的空白部分自然不会被墨粉涂上.
当硒鼓继续转动时，带动硒鼓表面与输纸机构送来的空白的转印纸接触，纸下面的转印电极在纸背后布满正电荷，形成一个静电场，把墨粉从硒鼓上反吸到纸上，在高温和红外线照射下融化，浸入纸上，从而形成牢固，耐久的字迹、图表.
静电植绒
应用静电原理把纤维绒毛一根根直立地安在纺织品上的新工艺，称做静电植绒.绒毛等物质本身不带电，但在强电场的作用下，向一定的方向运动.静电植绒装置的上部金属网与振动平台相接，上面放着通过处理的纤维绒毛；下部有一块与它平行的金属板；中部由传动的待植纺织品构成.金属网接高压直流电源的负极，金属板接电源的正极并接地，当电源接通时，在金属网与金属板之间形成极强的电场，由于平行距离远小于两板面积，所以两板间的电力线几乎垂直于织物的表面.工作时，金属网有规则的振动，使绒毛通过金属网眼均匀地落下并带上负电，又由于绒毛带有同种电荷，在强电场作用下使绒毛彼此平行沿电力线方向插入纺织品，被牢固地吸附到预先涂有胶合剂图像的纺织品上，而落在其他地方的绒毛和纺织品接触后带上正电，由于电荷的互相作用，又飞回金属网，重新带负电，周而复始，这样就可以得到所需的纺织品图案.静电植绒技术不仅可以应用在纺织品上，还可以应用在如橡胶、瓷器、玻璃、塑料、纸、金属等材料的植绒上.
静电分离
在长期的生产实践中，先后出现了浮力分离、风力分离、磁力分离、化学分离等方法，它们在不同的场合发挥着不可缺少的作用，然而，随着生产现代化的需要，对分离提出了越来越高的要求，便产生了一种新方法——静电分离技术.目前，常用的静电分离机有：油和水分离，不导电的混合粉粒分离，导电性能相差悬殊的混合粉粒分离，导电性能相差不大的混合粉粒分离.下面以不导电的混合粉粒分离为例来说明大致过程.
实践证明任何不同种类的物体之间都可以摩擦起电，一般来说，人们更多地用绝缘体来产生摩擦电，因为绝缘体能把电荷保存得更久些.传输带上的粉粒混合物平时并不显带电，这是因为正负电荷混合在一起，没有实现电荷分离的缘故.如果使绝缘混合粉粒均匀地通过一个强电场，情况就不同了.带正电与带负电的粉粒在空中分开，带正电的粉粒被吸向电源的负极，带负电粉粒被吸向电源的正极，实现了混合物的分离任务.为使粉粒上的摩擦电荷增加，混合粉粒在进入电场之前，通过一个水平振动平台，平台选择摩擦起电效果好的材料，使粉粒与平台充分摩擦，产生不同的电荷，粉粒经过电场越长分离越清晰，纯度越高.
静电技术的应用十分广泛，除以上所述的应用外，还在农业的选种及喷药、人工受粉、人工降雨等方面发挥着极其重要的作用；在工业上也取得喜人的业绩，如采矿、喷涂、纺纱、原油脱水、淡化海水、水垢控制等已深入到工业生产很多部门.静电技术在科研领域也是贡献卓越，利用静电原理制成的种种仪器，已成为科学家们手中的有力武器，其中静电示波管的应用，被称为观察电波形的“眼睛”；在研究原子能时，常常利用静电加速器来加速带电粒子，产生千万伏的高电压.然而，静电技术中还有很多问题，有待于进一步研究探索，实际应用中有些技术还有待于进一步完善提高.