以下文章来源于中科院物理所 ,作者重光

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又到一年一度被静电困扰的秋冬时节
一天被点好几次
秒秒钟变成炸毛星人

让我们烦恼的静电
还有其他用途
先来了解一下
01
啥是静电?
静电是电荷在物质系统中的不平衡分布产生的现象。“物质系统中的不平衡分布”,嗯~~~,这句话有点专业,简单地说就是物体中的正负电荷不相等,使得物体荷电。
静电之所以被称之为“静电”,是因为物体带电后,电荷会保持在物体上,除非通过放电的方式将电荷移走。

电子逸出功(忘了逸出功是啥的小可爱回去翻翻课本)不同的两种物体摩擦时,因为逸出功小的材料对电子的束缚更弱,所以它的电子容易流向另外一个物体,这样就使得电子逸出功小的材料带正电,电子逸出功大的材料带负电。这就是摩擦起电。


带电物体靠近导体的时候,在电场作用下,导体两端聚集符号相反的电荷,如果将导体一端的电荷引入大地,那么导体就会带电,这属于感应起电。

我们都知道,带电物体往往具有吸引轻小物体的性质,比如和头发摩擦过后的塑料笔杆能吸附小纸屑。这是由于带电物体靠近时,轻小物体会感应起电,从而带上和带电物体异号的电荷而被吸引。

目前普遍认为,雷电是强对流天气下,云中的小水滴和冰晶摩擦、碰撞,使得云层顶部带正电荷,云层底部带负电荷,进而云层之间放电的现象。


静电有用吗?
范德格拉夫起电机
范德格拉夫起电机在科技馆中经常可以见到,让人产生刺猬头的那个大圆球装置。

范德格拉夫起电机的原理其实很简单,电刷A与几万伏的电源相连,因为尖端放电,让皮带荷正电,然后通过滚轴的运动让皮带携带正电荷到电刷B,使得和电刷B相连的球壳带正电(因为电荷不会在球体内部,而是会集中在外部)。球壳产生的电场就可以用来加速内部离子源产生的离子了。

静电复印
静电复印听名字就知道用上了静电。
复印机最重要部件是硒鼓(也叫感光鼓),硒鼓的基体是铝,表面是硒,硒有个光敏特性,在黑暗下是绝缘体,在光照下是导体。
在黑暗中让硒鼓表面的硒带负电,而铝基体感应出正电。用光扫描需要复印的内容,没有字迹的地方光可以透过,让硒成为导体,这块区域的硒和铝基体的电荷中和,就成了中性的,而有字迹的地方光就无法透过,硒依然带负电。
这样在硒鼓上就有一个由电荷形成的“影像”,叫潜影。硒鼓带负电的区域吸附带正电的碳粉,再将碳粉转移到带负电荷的复印纸上。复印纸和碳粉只是静电吸引,接触还不牢固,需要烘烤纸张让碳粉固定在纸张上,这也就是为什么刚打印出来的纸很烫手。

不同的品牌碳粉所带的电荷不同,相应的,硒鼓所带的电荷也会不同,并不是所有厂商生产的墨粉都是带正电的。
激光打印机也是类似的原理,不同之处是直接用激光照射硒鼓得到潜影。

静电除尘
让细颗粒物先通过带正电的滤网,荷上正电,再经过带负电的滤网,因为静电吸引,细颗粒物就能被带负电的滤网捕获了。从而起到除尘净化空气的作用。

静电上漆
让油漆和物件带不同的电荷,因为有电场的存在,油漆颗粒会在电场力的作用下向物件运动,油漆利用效率更高(油漆颗粒受到的电场力是重力的75倍,也就是说油漆颗粒被电场约束了,不容易乱跑),喷涂更均匀。

03
静电也烦人
静电中和所释放的能量比较小,比如干燥的冬季人体触碰金属物体所释放的能量远不足1J,但是电压却上万伏,这足以造成不小的危害。
比如很多电子设备就对静电很敏感,因为电子设备中电路的集成度很高,使得线路面积很小,耐压能力差,很容易被静电击穿。
所以在电子产品线上的工人都会有全套装备来防护,地板上也有导电涂料。平时购买的线路板之类的外面也会有防静电包装。

静电会释放火花,易燃易爆物附近除了要严防烟火,也要小心静电。比如自助加油站上都会有下面的那个提示,就是为了防止静电引燃了挥发出来的汽油。
油罐车尾部都会拖着条铁链,也是为了接地,及时将电荷传导出去,避免引燃油料,毕竟长途运输油料和罐体不断摩擦,会有源源不断的电荷产生。
粉尘很大的区域也需要防静电,比如面粉厂,虽然平时要将面粉点燃挺困难的,但是当它弥散在空气中时,与空气接触面积大,非常容易点燃。

04
怎样才能避免被电?
虽然静电能量低,但被电一下实在是不好受,尤其是在冬天,一天要被电很多次,电得多了,遇见铁门和栏杆都有阴影了。(感同身受的小伙伴请让我看到你的双手)
前面已经提过静电的产生原因了,那么如何减少被电的次数也有了理论依据。
人体所带的静电是由于人体与衣物、衣物与衣物之间相互摩擦所产生的,也就是摩擦生电。只要人在运动,那就不可避免地会带上静电,所以阻止静电产生的这一条路是不可行的。既然无法阻止静电的产生,那就只好减少人体的电量,也就是要及时地把静电传导走。
所以,最有效的办法是用空气加湿器增大空气湿度,提高空气的导电性,这样人体的电荷就能被及时导走,减少累积。这也是为什么在南方就不容易被电。除了这个办法,上文提到的车间里的静电手环也可以试试,就是有个缺点——活动不太方便。

静电释放时能量比较低,但是感觉很明显。这时因为手指接触金属时,放电的区域特别小,就像是“尖端放电”,使得那一小块皮肤感觉有感觉。
所以要尽量增大和金属的接触面积,比如用手先捏住自己身上的钥匙(身上的钥匙和自己的电位相同),再用钥匙尖去触碰铁门、栏杆之类的,这样就可以减弱电击的感觉。因为手指捏住钥匙之后,手和金属的接触面积增大了,增大了皮肤导电的区域,而尖端放电的“重任”则由钥匙尖代劳了。如果一时间没找到钥匙,可以试着用手背接触铁门,这样也可以增大接触面积。

原标题:《别拿静电不当电!除了电你,它还有其他用途!》