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当前位置:第十节 静电的利用和防止
作者：未知来源：中央电教馆时间：2006/4/5 10:03:01阅读：nyq
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重点、难点、考点归纳
电场是一种客观存在的特殊形式的物质，可以通过它对电荷的作用来发现电场的存在．由静止电荷产生的电场叫做静电场。
一、电场强度和电势：为了描述电场的性质，引入了电场强度E和电势U两个物理量， 
和 
．要理解它们的物理意义；掌握点电荷产生的电场中的场强计算 
；掌握场强的叠加．
二、电场线和等势面：它们都是定性形象地描述电场性质的图示．要求了解多种电场的电场线和等势面；了解两种图示之间的关系；分别知道它们的作用．
三、电场中的其它物理量与物理关系：除了场强和电势这两个描述电场性质的物理量，还涉及到电场力 
、电势能 
、电势差 
、电场力的功 
等．另外，匀强电场中电势差跟电场强度的关系是 
。要弄清以上各式的物理意义，并能进行相应的计算．
四、静电场中的导体：当把导体放在静电场中，就会发生静电感应现象；当达到静电平衡时，导体内部的电场强度为零，导体是一个等势体．静电感应现象反映出电场的一种作用．
五、带电粒子在电场中的运动：带电粒子的重力远小于在电场中受到的电场力，所以忽略重力的大小．开始静止的带电粒子受到电场力作用会做加速运动；以一定的初速度垂直电场方向进入匀强电场中将发生偏转，它的运动类似平抛运动．要求是熟练掌握此类问题的符号推导及数字运算．
六、电容器和电容：平行板电容器是最简单的电容器，当它充电后，两极板之间（边缘除外）形成匀强电场，这是我们学到的能取得匀强电场的惟一方法．由于引入了电容器，必须知道电容的意义，即 
。
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防静电的理论和措施
一、静电的基本概念
一）、什么叫静电：
即相对静止不动的电荷（Electro-Static），通常指因不同物体之间相互摩擦而产生的在物体表面所带的正负电荷。
二）、静电放电：
指具有不同静电电位的物体由于直接接触或静电感应所引起的物体之间静电电荷的转移（Electro-Static-Discharge）。通常指在静电场的能量达到一定程度之后，击穿其间介质而进行放电的现象。
三）、静电产生的原因：
1、微观原因：
根据原子物理理论，电中性时物质处于电平衡状态。由于不同物质原子的接触产生电子的得失，使物质失去电平衡，产生静电现象。
2、宏观原因：
1）、物体间摩擦生热，激发电子转移；
2）、物体间的接触和分离产生电子转移；
3）、电磁感应造成物体表面电荷的不平衡分布；
4）、摩擦和电磁感应的综合效应。
3、常用物品的摩擦起电序列：
下表中越靠左侧的物品，越易产生负电荷；反之，越靠右侧的物品，越易产生正电荷。亦即，在序列中距离越远的物品之间相互接触分离或摩擦，产生的静电电位就越高。
| (-) |
|
(+) |
||||||||||||
| 聚乙烯 |
金 |
银 |
铜 |
硬橡皮 |
棉花 |
纸 |
铝 |
羊毛 |
尼龙 |
人的头发 |
玻璃 |
人手 |
||
二、静电在工业生产中造成的危害
典型的静电电压：
|
静电电荷源 |
测得的电压（V） |
|
| 10%～20%RH |
65%~90%RH |
|
| 走过地毯 |
35000 |
1500 |
| 在聚烯烃类塑料地面行走 |
12000 |
250 |
| 工作台旁操作的工人 |
6000 |
100 |
| 翻动聚乙烯膜封皮的说明书 |
7000 |
600 |
| 从工作台拾起普通聚乙烯袋 |
20000 |
1200 |
| 垫有聚氨酯泡沫的工作椅 |
18000 |
1500 |
静电的产生在工业生产中是不可避免的，其造成的危害主要可归结为以下两种机理：
一）、静电放电（ESD）造成的危害：
1、引起电子设备的故障或误动作，造成电磁干扰。
2、击穿集成电路和精密的电子元件，或者促使元件老化，降低生产成品率。
3、高压静电放电造成电击，危及人身安全。
4、在多易燃易爆品或粉尘、油雾的生产场所极易引起爆炸和火灾。
二）、静电引力（ESA）造成的危害：
1、 电子工业：吸附灰尘，造成集成电路和半导体元件的污染，大大降低成品率。
2、胶片和塑料工业：使胶片或薄膜收卷不齐；胶片、CD塑盘沾染灰尘，影响品质。
3、造纸印刷工业：纸张收卷不齐，套印不准，吸污严重，甚至纸张黏结，影响生产。
4、纺织工业：造成根丝飘动、缠花断头、纱线纠结等危害。
静电的危害有目共睹，现在越来越多的厂家已经开始实施各种程度的防静电措施和工程。但是，要认识到，完善有效的防静电工程要依照不同企业和不同作业对象的实际情况，制定相应的对策。防静电措施应是系统的、全面的，否则，可能会事倍功半，甚至造成破坏性的反作用
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放电现象
带电物体失去电荷的现象叫做放电. 常见的放电现象有以下几种:
一、接地放电
地球是良好的导体, 由于它特别大, 所以能够接受大量电荷而不明显地改变地球的电势，这就如同从海洋中抽水或向海洋中放水,
并不能明显改变海平面的高度一样. 如果用导线将带电导体与地球相连, 电荷将从带电体流向地球,
直到导体带电特别少, 可以认为它不再带电。(如果导体带正电，实际上是自由电子从大地流向导体。这等效于正电荷从导体流向大地。)
生产中和生活实际中往往要避免电荷的积累, 这时接地是一项有效措施.
二、尖端放电
通常情况下空气是不导电的，但是如果电场特别强，空气分子中的正负电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电离。由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了。空气电离后产生的负电荷就是电子，失去电子的原子带正电，叫做正离子。
由于同种电荷相互排斥, 导体上的静电荷总是分布在表面上，而且一般说来分布是不均匀的，导体尖端的电荷特别密集,
所以尖端附近空气中的电场特别强, 使得空气中残存的少量离子加速运动。这些高速运动的离子撞击空气分子，使更多的分子电离。这时空气成为导体，于是产生了尖端放电现象.
尖端放电在技术上有重要意义. 高压输电导线和高压设备的金属元件，表面要很光滑,
为的是避免因尖端放电而损失电能或造成事故。
三、火花放电
当高压带电体与导体靠得很近时, 强大的电场会使它们之间的空气瞬间电离，电荷通过电离的空气形成电流.
由于电流特别大, 产生大量的热, 使空气发声发光，产生电火花. 这种放电现象叫火花放电.
火花放电在生活中常会遇到. 干燥的冬天,身穿毛衣和化纤衣服,长时间走路之后,由于摩擦，身体上会积累静电荷.
这时如果手指靠近金属物品, 你会感到手上有针刺般的疼痛感。这就是火花放电引起的.
如果事先拿一把钥匙, 让钥匙的尖端靠近其他金属体, 就会避免疼痛. 在光线较暗的地方试一试，在钥匙尖端靠近金属体的时候,
不但会听到响声, 还会看到火花.
在一些工厂或实验室里, 存在大量易燃气体, 工作人员要穿一种特制的鞋,
这种鞋的导电性能很好，能够将电荷导入大地, 避免电荷在人体上的积累, 以免产生火花放电,
引起火灾.
四、闪电
带电云层之间或带电云层和地面之间发生强烈放电时, 产生耀眼的闪光和巨响,
这就是闪电. 闪电的放电电流可以高达几十万安培, 会使建筑物遭受严重损坏.
这就是雷击。
为了避免雷击, 人们设计了避雷针. 避雷针是针状金属物, 装在建筑物的顶端,
用粗导线与埋在地下的金属板相连, 以保持与大地的良好接触. 当带电云层接近时，大地中的异种电荷被吸引到避雷针的尖端，并由于尖端放电而释放到空气中，与云层中的电荷中和，达到避雷的目的.
闪电也有积极的意义. 闪电产生的高温使空气中的氮和氧化合, 随雨水降至地面形成硝酸盐.
这些硝酸盐是天然的氮肥. 闪电过程中产生的臭氧，能保护地球上的生命免受过量紫外线伤害。原始生命起源于有机物分子,
有一种生命起源学说把最初有机物分子的产生也归功于闪电.
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激光打印机工作原理
激光打印机快速、高效，文本打印效果无出其右，如今，彩色激光打印机的图像输出效果也几近完美．但不象其它打印机的原理那么容易理解，大多数人对激光打印机的工作原理不甚了了，本文我们就介绍一下激光打印机的工作原理．
黑白激光打印机的工作原理：
当计算机通过电缆向打印机发送数据时，打印机首先将接收到的数据暂存在缓存中，当接收到一段完整的数据后，再发送给打印机的处理器，处理器将这些数据组织成可以驱动打印引擎动作的类似数据表的信号组，对于激光打印机而言，这个信号组就是驱动激光头工作的一组脉冲信号．
激光打印机的核心技术就是所谓的电子成像技术，这种技术融合了影像学与电子学的原理和技术以生成图像，核心部件是一个可以感光的硒鼓．激光发射器所发射的激光照射在一个棱柱形反射镜上，随着反射镜的转动，光线从硒鼓的一端到另一端依次扫过（中途有各种聚焦透镜，使扫描到硒鼓表面的光点非常小），硒鼓以1/300英寸或1/600英寸的步幅转动，扫描又在接下来的一行进行．硒鼓是一只表面涂覆了有机材料的圆筒，预先带有电荷，当有光线照射时，受到照射的部位会发生电阻的变化．计算机所发送来的数据信号控制着激光的发射，扫描在硒鼓表面的光线不断变化，有的地方受到照射，电阻变小，电荷消失，也有的地方没有光线射到，仍保留有电荷，最终，硒鼓表面就形成了由电荷组成的潜影．
墨粉是一种带电荷的细微塑料颗粒，其电荷与硒鼓表面的电荷极性相反，当带有电荷的硒鼓表面经过涂墨辊时，有电荷的部位就吸附了墨粉颗粒，潜影就变成了真正的影像．硒鼓转动的同时，另一组传动系统将打印纸送进来，经过一组电极，打印纸带上了与硒鼓表面极性相同但强得多的电荷，随后纸张经过带有墨粉的硒鼓，硒鼓表面的墨粉被吸引到打印纸上，图像就在纸张表面形成了．此时，墨粉和打印机仅仅是靠电荷的引力结合在一起，在打印纸被送出打印机之前，经过高温加热，塑料质的墨粉被熔化，在冷却过程中固着在纸张表面．
将墨粉传给打印纸之后，硒鼓表面继续旋转，经过一个清洁器，将剩余的墨粉去掉，以便进入下一个打印循环．
我们以在一张纸上打印字母 A 的过程为例来具体说明上述过程：首先，打印机接收到计算机打印数据以后，经自己的运算芯片运算，然后向激光头发送一组脉冲信号，例如，左图中用绿线标出的那一行的信号就类似右图所示（示意图）：
由脉冲信号操纵，激光束在扫描过硒鼓表面时有时发光，有时不发光．硒鼓表面是一层光敏材料，经电极作用预先带上了正电荷，这种材料在黑暗中有很高的电阻，当有光线照射时，电阻会急剧下降，表面的电荷也就经导电的内筒传导掉了，受到激光照射的部位没有电荷，而没有受到激光照射的部位仍带有正电荷， 这样，硒鼓表面就形成了由正电荷组成的文字潜影：
随后硒鼓表面经过一个墨粉施加辊，辊子上所带的墨粉颗粒带有负电荷，由于静电吸引，硒鼓上带有正电荷的部位就吸附了墨粉，成为黑色(当然，墨粉也可以是其它颜色的)：
送纸系统将打印纸送进来从硒鼓表面经过，纸张经电极作用带上了很强的正电荷，这样，硒鼓上的墨粉就被吸附到纸张上：
经加热，墨粉在纸张表面固着，打印完成．