靜電起電基本概念
靜電起電包括使正、負電荷發生分離的一切過程,如通過固體與固體表面、固體與液體表面之間的接觸、摩擦、碰撞,固體或液體表面的破裂等機械作用產生的正、負電荷分離;也包括氣體的離子化、噴射帶電以及在粉塵、雪花和暴風雨中的帶電現象。
如何科學地解釋靜電起電的微觀機制,仍是目前該研究領域的疑難問題之一。目前學術界比較統一的理論基礎是“接觸——分離”起電理論。
接觸過程是形成偶電層的過程,物體帶電的正、負極性被認為是由這個過程來決定的;
分離就是使已經接觸的兩種物體分開,這一過程伴隨著靜電電容的減小和電位的升高。實際上,在這一過程中物體所帶的電荷會消散、被中和一部分,后來觀察到的帶電量由這一階段決定。分離的瞬間,分離處局部電場強度劇烈增加,促使物體間電荷倒流,發生傳導中和效應,偶電層發生畸變。這種現象與材料的電導率關聯性很強,對于導體材料,傳導中和效應明顯;對于非導體材料,傳導中和效應很弱,甚至沒有。
其它起電方式
固體的靜電起電方式除前面講述的接觸-分離起電以外,還有多種其它起電方式
剝離起電
互相密切結合的物體剝離時引起電荷分離而產生靜電的現象,稱為剝離起電。
破裂起電
當物體遭到破壞而破裂時,破裂后的物體會出現正、負電荷分布不均勻現象,由此產生的靜電,稱為破裂起電。
? 電解起電
當固體接觸液體時,固體的離子會向液體中流動,這使得固、液分界面上出現電流。固體離子移入液體時,留下相反符號的電荷在其表面,于是在固、液界面處形成偶電層。若在一定條件下,和固體相接觸的液體移走,固體就留下一定量的某種電荷。
? 壓電起電
在給石英等離子型晶體加壓時,會在它們表面上產生極化電荷。這種現象稱為壓電效應。產生壓電效應的原因是這些晶體的電學上各向異性。
? 熱電起電
若對顯示壓電效應的某些晶體加熱,則其一端帶正電,另一端帶負電。這種現象稱為熱電效應
? 介質的感應起電
感應帶電就是帶電物體的電場,在鄰近的物體上造成電荷的分離,靠近帶電物體的表面,會出現與帶電體電荷極性相反的感應電荷。
? 吸附起電
空氣中的浮游帶電粒子被物體表面的偶極子吸引且附著在物體上時,整個物體就會有某種符號的過剩電荷而帶電。
? 噴電起電
當原來不帶電的物體處在高電壓帶電體附近時,由于帶電體周圍特別是尖 端附近的空氣被擊穿,出現空間放電或者接觸放電現象,結果使原來不帶電的物體帶上與該帶電體或電源具有相同符號的電荷,這種起電方式叫做噴電起電。
靜電放電
靜電放電指帶電體周圍的場強超過周圍介質的絕緣擊穿場強時,因介質產生電離而使帶電體上的靜電荷部分或全部消失的過程。
既有靜電能量的傳導輸出,也有電磁脈沖場的輻射。產生瞬時脈沖大電流,可達到幾十甚至上百安培。
總體呈現為一個隨機的動態過程,會受氣候、環境等條件的影響。常常使得研究者難以捉摸。
靜電放電的類型
根據靜電放電的特點,并從防止靜電危害方面來考慮,放電類型可分為七種。
(1) 電暈放電
電暈放電也叫尖 端放電,是發生在極不均勻的電場中,空氣被局部電離的一種放電形式。發生電暈放電的電極或帶電體附近的電場較強,電暈放電是一種高電位、小電流、空氣被局部電離的放電過程。在放電中,它產生的電流很小,約在1μA到幾百個μA之間,因此一般不具備引燃、引爆能力。
(2) 火花放電
當靜電電位比較高的靜電導體靠近接地導體或比較大的導體時,便會引發靜電火花放電。靜電火花放電是一個瞬變的過程,放電時兩放電體之間的空氣被擊穿,形成“快如閃電”的火花通道,同時還伴隨著劈劈啪啪的爆裂聲,爆裂聲是由火花通道內空氣溫度的急遽上升,形成的氣壓沖擊波造成的。在發生靜電火花放電時,靜電能量瞬時集中釋放,其引燃、引爆能力較強。另外靜電火花放電產生的放電電流及電磁脈沖,具有較大的破壞力,它可對一些敏感電子器件和設備造成危害。
(3) 刷形放電
這種放電往往發生在導體與帶電絕緣體之間,帶電絕緣體可以是固體、氣體或其他低電導率的液體。刷形放電時,形成的放電通道在導體一端集中在某一點上,而在絕緣體一端有較多分叉,分布在一定空間范圍內。
(4) 傳播刷形放電
傳播刷形放電又被稱之為沿面放電,僅在絕緣體的表面電荷密度大于2.7×10-4C/m2時較易發生。一般情況下,傳播刷形放電發生在絕緣材料與金屬之間,放電通道沿絕緣材料的表面進行。它釋放的能量很大,有時可達數焦耳,引燃、引爆能力極強。在氣流輸送粉料和大型容器的罐裝時,如果容器的材料為絕緣材質或帶有絕緣層的金屬材質時,可能發生傳播刷形放電。
(5)大型料倉內的粉堆放電
粉堆放電一般可能發生在容積達到100m3或更大的料倉中。當把絕緣性很高的粉體顆粒,由氣流輸送經過管道和滑槽進入大型料倉時,在沉積的粉堆表面可能發生強烈的放電,放電能量可達到10mJ。粉料沉積后,粉堆電量迅速增加,表面的場強也相應的增強。當場強增加到一定程度時,首先在粉堆的頂部產生空氣的電離,形成從倉壁到粉堆頂部的等離子體導電通道,產生粉堆與倉壁之間的靜電放電,一般來說,料倉體積越大,粉體進入料倉時流量越高,粉粒絕緣性越好,就越容易形成粉堆放電。
(6)雷狀放電
這是一種大范圍的空間放電形式。當初在火山爆發的塵埃中曾觀察到,近年來在實驗中也得到證實。但在實際工業生產中尚未發生過,有人通過試驗證實,認為容器體積小于60m3或柱形容器的直徑小于3m時,不會發生這種放電。
(7)電場輻射放電
電場輻射放電,依賴于高電場強度下氣體的電離,當帶電體附近的電場強度達到3MV/m時,這種放電就可能發生。放電時,帶電體表面可能發射電子。這種放電能量比較小,引燃引爆能力較小,出現這類放電的概率也小。