固体的起电(续)
• 物理效应起电
– 压电效应，石英晶体在1kg/cm2的压力下，可产 生百分之几的电位差 – 热电效应 石英晶体也有热电现象 – 感应带电 指静电场对金属导体的感应带电现象
液体静电的产生
• 液体流动带电
– 电阻率较高的液体在金属管道里流动时，由于液体里有 杂质，在金属管壁上形成约一个分子层的电偶层

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0 1
Q电容剩余电荷， Q0泄漏前电容上的带电量， г泄漏时间常 数（导体电容率与体电阻率的积）
静电的防治
• 减少静电荷的产生
– 正确的选择材料
• 选择不易起电的材料 • 根据带电序列选用不同材料（正负相消法） • 对于必须选用绝缘材料时可选用吸湿性材料
– 工艺的改进
• 改进工艺方法，减少静电 • 改变工艺操作程序 • 湿法生产
静电的防治（续）
• 减少静电荷的积累（续）
– 采用静电消除器（又称静电消电器，静电中和器） 防止带电 – 原理：利用正负离子中和的方法，达到消除静电 的目的。手段：借助空气电离或电晕放电 – 分类：
• 自感应静电消除器 利用带电体的电荷与被感应放电针 之间发生电晕放电使空气被电离的方式来中和静电 • 带附加高压的静电消除器 在放电针上加上交、直流高 压，加强电晕放电 • 放射性除电器 利用放射性材料使空气电离，达到中和 静电的目的。α射线对空气电离效果最佳
– 相对湿度大物体表面产生水膜，利于表面导电； – 空气中水分大，增加空气的导电性，利于静电 荷的空间泄漏。

静电荷的消散
• 静电荷的消散途径－放电和泄漏 • 泄漏途径：绝缘体表面泄漏和绝缘体内部 泄漏，均依靠物体自身的体、表电阻率的 影响，与电容放电规律类似，有经验公式
Q Q0 e
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Q0 e
电气安全（Electric Safety）
东北大学火灾＆爆炸防治实验室 Fire & Explosion Protection Laboratory (FEPL) 李 刚
第7章 静电的危害及防治
Static electricity
常见的静电现象
• 皮带传动打滑时，皮带上的静电 • 吸取、灌注和储运易燃液体（汽油、酒精），静 电电压高达数千伏，引起汽油蒸汽爆炸 • 粉尘在空间浮动和空气相互摩擦碰撞，附件又有 接地金属时，就会出现火花引起爆炸 • 运送汽油的油车，油箱里的汽油不停的晃动，轮 胎是绝缘的，电荷在油箱上积累 • 人体带静电 • 飞机高速飞行与空气流的摩擦
静电消除器类型
静电的防治（续）
• 其他方法
– 静电缓和
• 原理：绝缘材料静电荷的衰减与放电时间呈指数变化 关系 • 方法：增加“静置”时间
– 屏蔽方法
• 原理
End
Thank you!
静电的危害
• 引起火灾及爆炸 • 电击
– 直接伤害 – 二次伤害
• 影响生产
– 电子器件误动作 – 防碍生产，吸附尘埃、粉体吸附于设备、印刷 时纸张不齐（不能分开）
静电放电形式及其能量
• 电晕放电（corona） 在带电体的尖端放电，放 电能量密度≦10－2mJ • (传播)刷形放电（propagating brush discharge） 带电量大的非导体与较平滑的接地导体之间易产 生刷形放电。沿面放电，放电通道有分叉呈树枝 状，放电能量可达mJ级 • 堆积粉尘的放电(cone discharge，bulk surface disch.) 呈现能量较集中的放电回路，放电能量 的级别在10－2～102mJ ，是比较危险的放电形式 • 火花放电(spark discharge)带电体和和接地体在 间隙很小的情况下间隙间突然放电，不分叉，瞬 间可释放较集中的能量，达到数百mJ
静电荷的累积
• 静电荷累积 静电荷产生 产生静电 物体的电学特性和产生静电荷条件和环境 • 电学条件
– 固体材料的电阻率越大，产生静电越高，反之 亦然
物体的起电能力 不带电 微量带电 带电的最大电位/kV 0.01 0.01~0.1 物体的表面电阻率/Ω 106以下 106～108
带电体
高带电体
0.1~1
1以上
108～1010
1010以上
静电荷的累积（续）
• 电学条件
– 液体静电的产生取决于含杂和液体自身的体电阻率 – 含杂过少，不易产生静电，但过多，由于导电率增 加，电荷易泄漏，也不会产生大量的静电荷 – 液体自身电阻率的影响
其他影响静电产生的因素
• 紧密接触，快速分离 • 接触物材质、表面状况、数量和几何尺寸 • 环境条件－湿度
隧道效应
• 1957年受雇于索尼公司的江崎玲於奈发现当增加 PN结两端的电压时电流反而减少，这种反常的负 电阻现象解释为隧道效应。 • 1962年，年仅20岁的英国剑桥大学实验物理学研 究生约瑟夫森预言，当两个超导体之间设置一个 绝缘薄层时，电子可以穿过绝缘体从一个超导体 到达另一个超导体。不久得到P.W.安德森和J.M. 罗厄耳的实验观证实——电子对通过两块超导金 属间的薄绝缘层（厚度约为10埃）时发生了隧道 效应，于是称之为“约瑟夫森效应”。 • 宏观量子隧道效应确立了微电子器件进一步微型 化的极限。例如，在制造半导体集成电路时，当 电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效 应而穿透绝缘层，使器件无法正常工作。
尼日利亚最大城市拉各斯的 一条汽油管道2006年12月26 日发生爆炸，爆炸造成至少 260人死亡。
静电的产生
• 简单地说，静电是由两种物质相互摩擦而 产生的，失去电子的带正电，得到电子的 带负电 • 固体、液体和气体静电起电原因各有特点
固体的起电
• 接触分离起电
– 两个不同固体材料接触距离达到25埃（10-10m）就有电荷 的转移发生（隧道效应） – 逸出功 使一个电子从物体内部转移到物体外部真空中去 外力所做的功w – 偶电层 两金属间产生等量异号的电荷层 – 两金属界面的电位差V12 有关系eV12＝w1-w2 – V12在十分之几至几伏之间。为什么突然分开时能产生上万 伏的电压？ – 1796年伏特（英）发现带电序列 （＋）石棉-玻璃-云母-羊毛-猫皮-铅-镉-锌-铝-鉻-铁-铜-镍-银 -金-铂（－）
– 降低摩擦速度和流速
• 西德规定 在用管道运输油品时不同管径下的流速按 下式计算 v2D≦0.64
静电的防治（续）
– 减少特殊操作中的静电
• 控制注油方式 • 采用密闭装车
• 减少静电荷的积累
– 静电接地，单独接地电阻不大于100Ω – 增加空气的相对湿度，到70%时效果良好，尤 其对于吸湿性材料 – 采用抗静电添加剂 增大该种材料的导电性和 亲水性，使导电性增加，静电荷被带走
静电火花引发粉尘爆炸危险性
人体放电
• 人体是静电的导体，放电形式为火花放电， 能量集中，危害性较大
– 坐在木凳上身体可产生2万伏电压，在地板上 走过可积蓄5万伏电压
• 人体静电火花能量：
– 人体电容（我国）约在150~350pF – 假定静电电压数千伏 – 静电火花的能量≥0.2mJ
• 足以应
• 经典物理学认为，物体越过势垒，有一阈值能量； 粒子能量小于此能量则不能越过，大于此能量则 可以越过。例如骑自行车过小坡，先用力骑，如 果坡很低，不蹬自行车也能靠惯性过去。如果坡 很高，不蹬自行车，车到一半就停住，然后退回 去。 • 量子力学则认为，即使粒子能量小于阈值能量， 很多粒子冲向势垒，一部分粒子反弹，还会有一 些粒子能过去，好像有一个隧道，故名隧道效应 （quantum tunneling）。可见，宏观上的确定性 在微观上往往就具有不确定性。虽然在通常的情 况下，隧道效应并不影响经典的宏观效应，因为 隧穿几率极小，但在某些特定的条件下宏观的隧 道效应也会出现。
• 液体－气体界面起电
– 水是极性分子，当水分裂成细末时，水滴呈正电性，飞 沫呈负电性，即雷纳效应（雷纳在阿尔卑斯山的尼亚加 拉瀑布前发现的）
气体静电的产生
• 纯净的气体不容易产生静电
– 分子间距是分子直径的几十倍 – 接触机会少
• 气体产生静电的原因
– 加压时，接触机会加剧 – 气体内部含有灰尘、金属粉末、液滴、水锈等