9.4靜電的防止與利用第九章靜電場(chǎng)及其應(yīng)用

在50kV的電壓下，鐵籠里的學(xué)生安然無(wú)恙。如果沒(méi)有鐵籠，會(huì)產(chǎn)生什么后果？金屬導(dǎo)體的微觀結(jié)構(gòu)電子原子核

金屬導(dǎo)體內(nèi)部的外層電子與帶正電的原子核間的相互作用比較弱，故容易脫離且在金屬內(nèi)部游離，稱為自由電子，金屬導(dǎo)體的整體就是由大量的在平衡位置附近做無(wú)規(guī)則熱振動(dòng)的正離子和無(wú)規(guī)則熱振動(dòng)的自由電子組成。那么，若把金屬導(dǎo)體放入電場(chǎng)中，又將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？金屬的微觀結(jié)構(gòu)一.

如圖所示，不帶電的金屬導(dǎo)體ABCD放到電場(chǎng)強(qiáng)度為E0的電場(chǎng)中，導(dǎo)體內(nèi)的自由電子將發(fā)生定向移動(dòng)，使導(dǎo)體兩端出現(xiàn)等量異號(hào)電荷．請(qǐng)思考下列問(wèn)題：(1)自由電子定向移動(dòng)的原因是什么？定向移動(dòng)方向如何？(2)自由電子能否一直定向移動(dòng)？為什么？

當(dāng)內(nèi)部合場(chǎng)強(qiáng)為零時(shí)，即E’=E0時(shí)，電荷不再發(fā)生定向移動(dòng)。1．靜電平衡狀態(tài)

導(dǎo)體內(nèi)的自由電子不再發(fā)生定向移動(dòng)的狀態(tài)．2．處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體特點(diǎn)：

(1)內(nèi)部的電場(chǎng)處處為0.(2)導(dǎo)體中沒(méi)有自由電荷定向移動(dòng)(3)導(dǎo)體外部表面附近任何一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)方向必跟該點(diǎn)的表面垂直若不垂直會(huì)出現(xiàn)何現(xiàn)象?若不為零,會(huì)出現(xiàn)何現(xiàn)象?二、靜電平衡(4)導(dǎo)體內(nèi)無(wú)凈電荷，電荷分布在導(dǎo)體的外表面例1長(zhǎng)為l的導(dǎo)體棒原來(lái)不帶電，現(xiàn)將一帶電荷量為＋q的點(diǎn)電荷放在距棒左端R處，如圖所示．當(dāng)棒達(dá)到靜電平衡后，棒上的感應(yīng)電荷在棒內(nèi)中點(diǎn)P處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度大小等于

，方向?yàn)?/p>

．

練習(xí)1在點(diǎn)電荷－Q的電場(chǎng)中，一金屬球處于靜電平衡狀態(tài)，A為球內(nèi)一點(diǎn)，B為球外表面附近一點(diǎn)，則球上感應(yīng)電荷在A點(diǎn)和B點(diǎn)所激發(fā)的附加場(chǎng)強(qiáng)EA′和EB′的方向在下列幾個(gè)選項(xiàng)對(duì)應(yīng)的圖中最有可能的是()C結(jié)論：靜電平衡時(shí)導(dǎo)體內(nèi)部沒(méi)有凈剩電荷，電荷只分布在導(dǎo)體的“外”表面。三、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體上電荷的分布1.法拉第圓筒實(shí)驗(yàn)三、靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體上電荷的分布2.在導(dǎo)體的外表面，越尖銳的位置，電荷的密度（即單位面積的電荷量）越大，周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度越大，而凹陷的位置幾乎沒(méi)有電荷。例3如圖所示，把一個(gè)帶正電的小球放入原來(lái)不帶電的金屬空腔球殼內(nèi)并接觸，其結(jié)果可能是(

)A．只有球殼外表面帶正電B．球殼的內(nèi)表面帶負(fù)電，外表面帶正電C．球殼的內(nèi)、外表面都帶正電D．球殼的內(nèi)表面帶正電，外表面帶負(fù)電A四、尖端放電四、尖端放電1、電離

導(dǎo)體尖端的電荷密度很大，附近的電場(chǎng)很強(qiáng)，空氣中殘留的帶電粒子在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下發(fā)生劇烈的運(yùn)動(dòng)，并與空氣分子碰撞從而使空氣分子中的正負(fù)電荷分離，這個(gè)現(xiàn)象叫做空氣的電離。2、尖端放電

那些所帶電荷與導(dǎo)體尖端的電荷相反的粒子，由于吸引而奔向尖端，與尖端上的電荷中和，相當(dāng)于導(dǎo)體從尖端失去電荷，這個(gè)現(xiàn)象叫做尖端放電。3、應(yīng)用：避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施。尖端放電的應(yīng)用：避雷針避雷針是利用尖端放電避免雷擊的一種設(shè)施。

一個(gè)或幾個(gè)尖銳的金屬棒,安裝在建筑物的頂端,用粗導(dǎo)線與埋在地下的金屬板連接,保持與大地的良好接觸。針尖形狀尖端放電的應(yīng)用：避雷針尖端放電的應(yīng)用：避雷針3．尖端放電的應(yīng)用：避雷針、打火裝置等燃?xì)庠铧c(diǎn)火裝置

尖端放電會(huì)導(dǎo)致高壓設(shè)備上電能的損失，所以高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面應(yīng)該盡量光滑。夜間高壓線周圍有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一層綠色光暈，伴隨嘶嘶聲，這種現(xiàn)象俗稱電暈，這是一種微弱的放電現(xiàn)象。3．尖端放電的應(yīng)用：避雷針、打火裝置等

防止：一般高壓設(shè)備中導(dǎo)體的表面應(yīng)該盡量光滑，

減少電能的損失

雷鳴電閃時(shí)在室外的人，為防雷擊，應(yīng)當(dāng)遵從四條原則．一是人體應(yīng)盡量降低自己，以免作為凸出尖端而被閃電直接擊中，所以人長(zhǎng)得高還是一件非常痛苦的事情．二是人體與地面的接觸面要盡量縮小以防止因“跨步電壓”造成傷害．所謂跨步電壓是雷擊點(diǎn)附近，兩點(diǎn)間很大的電位差，如若人的兩腳分得很開(kāi)，分別接觸相距遠(yuǎn)的兩點(diǎn)，則兩腳間便形成較大的電位差，有強(qiáng)電流通過(guò)人體使人受傷害．

三是不可到孤立大樹(shù)下和無(wú)避雷裝置的高大建筑體附近，不可手持金屬體高舉頭頂．四是不要進(jìn)水中，因水體導(dǎo)電好，易遭雷擊．總之，應(yīng)當(dāng)?shù)捷^低處，雙腳合攏地站立或蹲下，以減少遭遇雷的機(jī)會(huì)．如何避免遭受雷擊？五、靜電屏蔽現(xiàn)象

處于靜電平衡狀態(tài)下的導(dǎo)體，電荷只分布在外表面，內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)處處為零。將此導(dǎo)體挖成中空中空部分的場(chǎng)強(qiáng)也處處為零，放在中空部分的物體不受電場(chǎng)的影響。五、靜電屏蔽現(xiàn)象1．靜電屏蔽

（1）空腔導(dǎo)體的特點(diǎn)

空腔導(dǎo)體能把外電場(chǎng)擋住，空腔內(nèi)沒(méi)有電場(chǎng)，空腔內(nèi)不受外電場(chǎng)的影響。

（2）靜電屏蔽導(dǎo)體殼（金屬網(wǎng)罩）能保護(hù)它所包圍的區(qū)域，使這個(gè)區(qū)域不受外電場(chǎng)的影響，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。五、靜電屏蔽現(xiàn)象2．

靜電屏蔽的實(shí)質(zhì)靜電感應(yīng)，使導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)，E內(nèi)=03．靜電屏蔽的兩種情況(1)屏蔽外電場(chǎng)：導(dǎo)體外部的電場(chǎng)影響不到導(dǎo)體內(nèi)部①現(xiàn)象：由于靜電感應(yīng)，驗(yàn)電器箔片張開(kāi)。將驗(yàn)電器放入導(dǎo)體網(wǎng)罩內(nèi)部后驗(yàn)電器

箔片不張開(kāi)，即外部電場(chǎng)影響不到導(dǎo)體內(nèi)部。②本質(zhì)：是靜電感應(yīng)，導(dǎo)體外表面感應(yīng)電荷與外電場(chǎng)在導(dǎo)體內(nèi)部任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的

疊加結(jié)果為零。靜電屏蔽的另一種形式

金屬罩接地后，地上的自由電子，沿導(dǎo)線向上移動(dòng)，把金屬罩外部的正電荷中和，結(jié)果，小球的電場(chǎng)被控制在金屬罩的內(nèi)部，外部不再受影響。靜電屏蔽現(xiàn)象五、①導(dǎo)體殼沒(méi)有接地時(shí)處于內(nèi)部電場(chǎng)中，達(dá)到靜電平衡，導(dǎo)體殼內(nèi)外表面出現(xiàn)等量異種電荷，空間電場(chǎng)的電場(chǎng)線起于場(chǎng)源正電荷，終于導(dǎo)體殼內(nèi)表面負(fù)電荷，再起于導(dǎo)體殼外表面正電荷，終于無(wú)窮遠(yuǎn)，殼內(nèi)外表面之間場(chǎng)強(qiáng)處處為零，殼外場(chǎng)強(qiáng)不為零。②導(dǎo)體殼接地后，導(dǎo)體殼外的正電荷被大地負(fù)電荷中和，正電荷出現(xiàn)在地球的另一端無(wú)窮遠(yuǎn)處，空間電場(chǎng)起于場(chǎng)源正電荷終于導(dǎo)體殼內(nèi)表面負(fù)電荷，導(dǎo)體殼內(nèi)外表面之間及導(dǎo)體外部場(chǎng)強(qiáng)處處為零，導(dǎo)體外部空間不受內(nèi)部電場(chǎng)影響。本質(zhì)：仍然是靜電感應(yīng)，導(dǎo)體內(nèi)表面感應(yīng)電荷與殼內(nèi)電場(chǎng)在導(dǎo)體殼

表面以外空間疊加結(jié)果為零。(2)屏蔽腔內(nèi)電場(chǎng)：接地導(dǎo)體的內(nèi)部電場(chǎng)影響不到導(dǎo)體外部②電子儀器外套金屬網(wǎng)罩；通訊電纜外包一層鉛皮等。4．應(yīng)用：①精密電學(xué)儀器或電子設(shè)備外面套有金屬罩超高壓帶電作業(yè)的工人穿戴的工作服，是用包含金屬絲的織物制成的。

三條輸電線上方還有兩根導(dǎo)線與大地相連，形成一個(gè)稀疏金屬“網(wǎng)”，將高壓線屏蔽起來(lái)。例4.將懸掛在細(xì)線上的帶正電的小球A放在不帶電的固定的金屬空心球殼C內(nèi)(不和球壁接觸)，另有一個(gè)懸掛在細(xì)線上的帶負(fù)電的小球B，如圖所示，于是有()A．A往左偏離豎直方向，B往右偏離豎直方向B．A的位置不變，B往右偏離豎直方向C．A往左偏離豎直方向，B的位置不變D．A和B的位置都不變B1、引起電子設(shè)備的故障或誤動(dòng)作，造成電磁干擾。2、擊穿集成電路和精密的電子元件，或者促使元件老化，降低生產(chǎn)成品率。3、高壓靜電放電造成電擊，危及人身安全。4、在多易燃易爆品或粉塵、油霧的生產(chǎn)場(chǎng)所極易引起爆炸和火災(zāi)。5、吸附灰塵，造成集成電路和半導(dǎo)體元件的污染，大大降低成品率。

等等六、靜電的危害1、預(yù)防產(chǎn)生靜電：例如：不穿化纖衣物抗靜電添加劑2、導(dǎo)走靜電：例如：接地———比如油罐車

提高空氣濕度

觸摸靜電釋放按鈕例如：穿靜電防護(hù)服用金屬袋裝起來(lái)或金屬網(wǎng)罩起來(lái)七、靜電的防止3、隔離：盡快把靜電導(dǎo)走，避免越積越多。八、靜電的應(yīng)用——靜電吸附1、靜電除塵：2、靜電噴漆：氣體電離→粉塵電荷→移向電極→粉塵搜集

原理：接負(fù)高壓的涂料霧化器噴出的油漆微粒帶負(fù)電，在靜電力作用下，這些微粒向著作為正極的工件運(yùn)動(dòng)，并沉積在工件的表面，完成噴漆工作●應(yīng)用：

讓帶電微粒在電場(chǎng)力作用下，奔向并吸附在電極上。八、靜電的應(yīng)用——靜電吸附3、靜電復(fù)?。豪?（多選）靜電學(xué)知識(shí)在生活中有著廣泛的應(yīng)用，下列應(yīng)用說(shuō)法正確的是(

)A．高壓輸電線上方有兩根導(dǎo)線與大地相連可免遭雷擊B．小鳥(niǎo)停在單根高壓輸電線上會(huì)被電死C．燃?xì)庠畹碾娮狱c(diǎn)火器的放電電極做成釘尖形比球形好D．打雷時(shí)，待在汽車?yán)锉却谀疚堇镆踩獳CD解析高壓輸電線上方有兩根導(dǎo)線與大地相連，把高壓線屏蔽起來(lái)，可免遭雷擊，A正確；小鳥(niǎo)的兩只腳之間的距離很小，所以小鳥(niǎo)的兩只腳之間的電壓很小，不會(huì)對(duì)小鳥(niǎo)造成傷害，B錯(cuò)誤；燃?xì)庠畹碾娮狱c(diǎn)火器運(yùn)用了尖端放電的原理，屬于尖端放電現(xiàn)象，C正確；一輛金屬車身的汽車是一個(gè)比較好的“避雷所”，D正確。1、處于靜電平衡狀