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9.4 靜電的防止與利用
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目 錄
01
靜電現(xiàn)象的本質(zhì)
02
靜電的危害與防護(hù)
03
靜電屏蔽原理
04
靜電的實(shí)際應(yīng)用
05
典型場(chǎng)景分析
06
實(shí)驗(yàn)演示環(huán)節(jié)
01
靜電現(xiàn)象的本質(zhì)
電荷守恒定律
電荷不能被創(chuàng)造或消滅，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分；在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，電荷的總量保持不變。
電荷守恒定律定義
在靜電現(xiàn)象中，電荷守恒定律依然成立。例如，當(dāng)兩個(gè)物體摩擦?xí)r，其中一個(gè)物體會(huì)失去電子帶正電，另一個(gè)物體會(huì)得到電子帶負(fù)電，但總的電荷量保持不變。
靜電現(xiàn)象中的電荷守恒
靜電產(chǎn)生的三種方式（摩擦/感應(yīng)/接觸）
摩擦起電
接觸起電
感應(yīng)起電
當(dāng)兩個(gè)不同材質(zhì)的物體相互摩擦?xí)r，其中一個(gè)物體會(huì)失去電子帶正電，另一個(gè)物體會(huì)得到電子帶負(fù)電。這是最常見(jiàn)的靜電產(chǎn)生方式。
當(dāng)一個(gè)帶電體靠近一個(gè)不帶電的物體時(shí)，由于電荷間的相互作用，不帶電的物體會(huì)在靠近帶電體的一側(cè)感應(yīng)出與帶電體相反的電荷，而在遠(yuǎn)離帶電體的一側(cè)感應(yīng)出與帶電體相同的電荷。
當(dāng)一個(gè)帶電體與另一個(gè)不帶電的物體接觸時(shí)，帶電體的電荷會(huì)傳遞給不帶電的物體，使其帶上與帶電體相同的電荷。這種方式通常發(fā)生在帶電體電荷量較大的情況下。
靜電的基本特性（高電壓/低電量/強(qiáng)電場(chǎng)）
高電壓
靜電通常具有較高的電壓，但電量較小。因?yàn)殪o電是在局部范圍內(nèi)產(chǎn)生的，電荷密度較高，所以電壓也較高。但總的電荷量通常很小，因此電量不大。
低電量
強(qiáng)電場(chǎng)
靜電的電量通常很低，不足以對(duì)人體造成傷害。但在某些特殊情況下，如電荷積累到一定程度時(shí)，也可能產(chǎn)生電擊現(xiàn)象。
由于靜電的電荷密度較高，因此在靜電周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電場(chǎng)。這種電場(chǎng)可能會(huì)干擾電子設(shè)備的正常工作，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞。同時(shí)，強(qiáng)電場(chǎng)還可能對(duì)人體健康產(chǎn)生不良影響。
1
2
3
02
靜電的危害與防護(hù)
工業(yè)生產(chǎn)中的靜電危害
爆炸和火災(zāi)
在易燃易爆環(huán)境中，靜電放電火花可引發(fā)爆炸和火災(zāi)，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
01
產(chǎn)品質(zhì)量下降
靜電會(huì)吸附空氣中的塵埃和細(xì)菌，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，如電子產(chǎn)品、紡織品等。
02
設(shè)備損壞
靜電放電可能導(dǎo)致設(shè)備電路故障、元件損壞，甚至引發(fā)整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。
03
電子設(shè)備的靜電破壞
電子設(shè)備對(duì)靜電放電非常敏感，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞、數(shù)據(jù)丟失或操作失常。
靜電放電
靜電干擾可能導(dǎo)致電子設(shè)備出現(xiàn)誤操作、性能下降或信號(hào)失真等問(wèn)題。
干擾和噪聲
長(zhǎng)期遭受靜電破壞，電子設(shè)備的壽命會(huì)大大縮短，需要更換或維修。
縮短設(shè)備壽命
人體靜電防護(hù)措施
接地
穿戴防靜電衣物
保持室內(nèi)濕度
使用防靜電工具
通過(guò)接地將人體靜電導(dǎo)入大地，減少靜電積累和放電的可能性。例如，在接觸電子設(shè)備前，先觸摸接地金屬物體。
穿戴防靜電衣物、鞋襪等，以減少靜電在人體上的積累和放電。
增加室內(nèi)濕度，使空氣變得濕潤(rùn)，減少靜電產(chǎn)生和積累。例如，使用加濕器、灑水等。
使用防靜電手環(huán)、防靜電噴霧等工具，幫助人體釋放靜電，避免靜電放電。
03
靜電屏蔽原理
靜電平衡狀態(tài)特征
電勢(shì)相等
整個(gè)導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體，導(dǎo)體表面是等勢(shì)面，不存在電勢(shì)差。
03
導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)度為零，外部電場(chǎng)線垂直導(dǎo)體表面且電場(chǎng)強(qiáng)度隨距離增加而減小。
02
電場(chǎng)強(qiáng)度
電荷分布
電荷只分布在導(dǎo)體外表面，內(nèi)部沒(méi)有凈電荷，處于靜電平衡狀態(tài)。
01
空腔導(dǎo)體內(nèi)部不受外部電場(chǎng)影響，空腔內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)處處為零。
導(dǎo)體空腔的屏蔽效應(yīng)
外部電場(chǎng)對(duì)空腔內(nèi)部影響
空腔內(nèi)部電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)在空腔導(dǎo)體外部被中和，不影響外部電場(chǎng)分布。
空腔內(nèi)部電荷對(duì)外部影響
利用導(dǎo)體空腔的屏蔽效應(yīng)可以保護(hù)內(nèi)部元件免受電場(chǎng)干擾。
屏蔽作用
將外部帶電體靠近法拉第籠，觀察籠內(nèi)外電勢(shì)差及籠內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度變化。
實(shí)驗(yàn)方法
法拉第籠內(nèi)部電勢(shì)與外部電勢(shì)相等，籠內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零，驗(yàn)證法拉第籠的靜電屏蔽效果。
驗(yàn)證結(jié)果
高壓帶電作業(yè)人員的防護(hù)服、電子設(shè)備金屬外殼等都是利用法拉第籠原理進(jìn)行靜電屏蔽。
應(yīng)用實(shí)例
法拉第籠原理驗(yàn)證
04
靜電的實(shí)際應(yīng)用
靜電除塵技術(shù)
含塵氣體經(jīng)過(guò)高壓靜電場(chǎng)時(shí)被電分離，塵粒與負(fù)離子結(jié)合帶上負(fù)電后，趨向陽(yáng)極表面放電而沉積。
靜電除塵原理
靜電除塵器類型
靜電除塵的應(yīng)用
按氣流方向分為立式靜電除塵器和臥式靜電除塵器；按沉淀極形式分為板式靜電除塵器和管式靜電除塵器。
在冶金、化學(xué)等工業(yè)中用以凈化氣體或回收有用塵粒，如煉鋼廠除塵、水泥廠除塵等。
靜電噴涂工藝
靜電噴涂的應(yīng)用
預(yù)涂卷材可應(yīng)用于建筑用內(nèi)外墻板，而且在家電、汽車(chē)、金屬家具等行業(yè)有著廣闊的前景。
03
涂裝效率高、涂膜均勻、附著力強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)等。
02
靜電噴涂特點(diǎn)
靜電噴涂原理
利用靜電場(chǎng)使涂料微粒帶電，在相互排斥力作用下，涂料微粒形成霧狀，吸附于被涂物的表面。
01
靜電復(fù)印機(jī)原理
靜電復(fù)印機(jī)工作原理
通過(guò)光電效應(yīng)將圖像投影到半導(dǎo)體表面形成靜電潛像，利用帶電墨粉轉(zhuǎn)印至紙張并加熱定影。
01
靜電復(fù)印機(jī)優(yōu)點(diǎn)
復(fù)印速度快、圖像清晰、操作簡(jiǎn)便、成本低等。
02
靜電復(fù)印機(jī)缺點(diǎn)
對(duì)環(huán)境濕度敏感、易產(chǎn)生臭氧等有害物質(zhì)、復(fù)印過(guò)程中易產(chǎn)生靜電等。
03
05
典型場(chǎng)景分析
加油站靜電釋放器
靜電危害
加油站的空氣中常混雜有易燃?xì)怏w和蒸氣，靜電可能引發(fā)火災(zāi)或爆炸。
02
04
03
01
釋放器的設(shè)計(jì)和安裝
必須保證釋放器與儲(chǔ)油罐等金屬構(gòu)件的電氣連接，并定期檢查和維護(hù)。
靜電釋放器的作用
通過(guò)尖端放電的原理，將靜電導(dǎo)入地下，降低靜電積累。
操作規(guī)程
員工在加油前應(yīng)先觸摸靜電釋放器，以確保身體靜電的釋放。
高壓電場(chǎng)中的金屬鳥(niǎo)籠
靜電屏蔽
金屬鳥(niǎo)籠能夠屏蔽外部電場(chǎng)對(duì)內(nèi)部的影響，保護(hù)內(nèi)部設(shè)備和人員安全。
鳥(niǎo)籠效應(yīng)
金屬鳥(niǎo)籠能夠防止電荷在內(nèi)部積累，確保內(nèi)部電場(chǎng)為零。
鳥(niǎo)籠的選擇和制作
材料應(yīng)具有高導(dǎo)電性，結(jié)構(gòu)應(yīng)保證電荷的平衡分布。
使用注意事項(xiàng)
金屬鳥(niǎo)籠應(yīng)接地，避免與其他金屬物體接觸，以免形成放電通路。
精密儀器防靜電包裝
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靜電可能導(dǎo)致精密儀器故障、損壞或性能降低。
靜電對(duì)精密儀器的危害
應(yīng)選用防靜電材料，如導(dǎo)電塑料、金屬薄膜等。
包裝材料的選擇
防止靜電產(chǎn)生和積累，保護(hù)精密儀器免受靜電危害。
防靜電包裝的作用
01
03
02
將精密儀器放入防靜電袋或防靜電泡沫中，然后放入防靜電盒中，并貼上防靜電標(biāo)簽。
包裝方法
04
06
實(shí)驗(yàn)演示環(huán)節(jié)
靜電感應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)步驟
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
演示靜電感應(yīng)現(xiàn)象，展示在外電場(chǎng)作用下導(dǎo)體中電荷重新分布的過(guò)程。
帶電體（如帶電氣球）、導(dǎo)體（如金屬球或金屬棒）、驗(yàn)電器等。
將帶電體靠近導(dǎo)體，觀察導(dǎo)體內(nèi)部電荷重新分布的現(xiàn)象。
導(dǎo)體上靠近帶電體的部分出現(xiàn)與帶電體相反的電荷，遠(yuǎn)離帶電體的部分出現(xiàn)與帶電體相同的電荷。
驗(yàn)電器箔片實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>驗(yàn)證靜電感應(yīng)現(xiàn)象中電荷的重新分布，以及展示驗(yàn)電器的使用方法。
01
實(shí)驗(yàn)材料
驗(yàn)電器、帶電體（如帶電氣球或靜電發(fā)電機(jī)）。
02
實(shí)驗(yàn)步驟
將帶電體接觸驗(yàn)電器的金屬球，觀察驗(yàn)電器箔片的變化。
03
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
驗(yàn)電器箔片因帶電而張開(kāi)，形成一定角度，展示電荷在箔片上的分布。
04
驗(yàn)證靜電屏蔽的效果，展示靜電屏蔽在實(shí)際應(yīng)用中的作用。
靜電屏蔽罩、驗(yàn)電器、帶電體（如帶電氣球或靜電發(fā)電機(jī)）。
將帶電體放入靜電屏蔽罩內(nèi)，觀察驗(yàn)電器對(duì)罩內(nèi)外電荷的檢測(cè)結(jié)果。
靜電屏蔽罩內(nèi)的帶電體對(duì)罩外驗(yàn)電器無(wú)影響，驗(yàn)電器箔片不張開(kāi)，證明靜電屏蔽效果良好。
靜電屏蔽效果驗(yàn)證
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>實(shí)驗(yàn)材料
實(shí)驗(yàn)步驟
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
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