你玩過靜電球嗎?這是許多科技館的常設專案之一,它可以讓摸它的人立刻變得“怒髮衝冠”。其實這是靜電讓人們的頭髮張牙舞爪地豎立起來,十分神奇和有趣。
在日常生活裡,我們也常常會跟靜電打上交道:梳頭髮時,頭髮有時會莫名地“飄”起來,並且越理越亂,還伴有噼裡啪啦的聲兒~
接觸把手時,手指剛碰到,就突然會感到指尖有針刺般的疼痛~
在冬季想要穿上美美的裙子,卻發現全都黏在了腿上~
靜電既然無處不在,那麼到底什麼才是靜電呢?
靜電是如何產生的?
眾所周知,原子是構成世間萬物的基礎。它是由電子、中子和質子構成,而靜電的產生就與其中的“電子”有關。
電子是一種構成事物的基本粒子,它的質量非常小,並且帶有一定的電荷,自然界中只有兩種電荷:正電荷和負電荷。同種電荷相互吸引,異種電荷相互排斥。當電荷聚集在某個物體表面時就會形成靜電。由於電荷分為正負電荷,所以,靜電也分為正負靜電:當正電荷聚集在某個物體上時就形成了正靜電,當負電荷聚集在某個物體上時就形成了負靜電。但無論是正靜電還是負靜電,當帶靜電物體接觸零點位物體或與其有電位差的物體時就會發生電荷轉移,也就出現了我們日常生活總看到的靜電現象。
靜電產生原理
導電體上產生的靜電因為可以迅速流動而消失,但在一些絕緣體上,它們就會保持相對靜止,等達到一定程度時就會產生放電現象,通常會伴有響聲和火花。回到文章開頭,靜電球又是如何工作的呢?原來,那顆金屬球附帶著大量的電荷,當人站在絕緣檯上,用手去接觸時,身體上就會帶上同種的電荷,由於同種電荷的排斥作用,每根頭髮之間也產生了排斥,從而也就形成了“怒髮衝冠”現象。
靜電的危害
靜電雖小,但有時威力卻很大。深秋和冬春季節人在毛毯上行走時產生的靜電電壓可超過3000伏;人在脫下純滌綸衣服時,瞬間可產生5萬-10萬伏的高電壓;穿化纖衣服坐在沙發上,突然站立時,當衣服與沙發坐墊之間的摩擦和接觸分離,人體靜電電壓可高達萬伏以上。當靜電電壓達到2000伏時,手指就會有感覺;超過3000伏時,會有火花出現,手指會有刺痛感;超過7000伏時,人就會有觸電感。雖然靜電的電壓看起來挺高的,但是因為其電量很小,放電時相應的電流也就很小,所以,一般對人體不會造成直接傷害。
別看靜電好似人畜無害,但其實是一些事故的導火索。1969年,曾有多艘油輪因靜電而產生了爆炸起火;1970年,有兩架“波音”飛機因油料靜電而發生了油箱爆炸;即使是在手術檯上,也發生活靜電引爆麻醉劑乙醚,從而導致重大傷亡的案例。日常生活中,關於靜電引發的事故報道也是比比皆是。
移動塑膠桶時產生靜電火花引起汽油蒸氣爆炸並蔓延成災
某加油站因在進行壓濾試驗時,靜電引燃危險物料,從而引起爆炸
靜電荷積聚放電,引燃了提取罐周圍乙醇蒸氣與空氣混合形成的爆炸氣體,發生爆炸
除此之外,專家還提醒大家,靜電對人體的危害也是不可忽視的,尤其是老人和病人,靜電會使其病情加重,過高的靜電還常常使人焦躁不安、頭痛、胸悶、呼吸困難、咳嗽等。
既然靜電危險,那有沒有什麼防止靜電危害的方法呢?在生活中,我們可以透過加溼器消除靜電的困擾。在室內,用空氣加溼器增加空氣潮溼度,這樣就可以有效消除靜電了。如果是在室外,在接觸金屬物體之前,可以先用手摸一下牆,把身上的靜電傳導給大地,這樣就能有效緩解靜電帶來的危害了。
而對於工業生產來說,防止靜電更為重要。無論是中和靜電、接地導流,還是讓它自行消散,最重要的就是要加強防範意識,做好各環節的保障工作,從而有效預防危險的發生。
靜電的作用
但靜電也並不是一無是處的,只要用在正確的地方,它依然可以發揮自己的價值。靜電除塵器就是利用靜電的作用吸附氣體中懸浮的塵粒,從而將其除去。而靜電覆印、印刷技術則是利用電荷轉移時存留的靜電潛影,經一定的方法顯現後,實現的影印和印刷。
靜電除塵原理
靜電可以用於水的淨化。物質導電性的好壞,與它所含有的自由電荷的多少有著直接的關係,但經過蒸餾的純水幾乎不導電,這也就說明,普通水的導電能力不是由水分子提供的,而是溶解於水的其他物質提供的,而這種物質,也就是無機鹽。海水的導電性比一般的要強,正是因為其中無機鹽的含量高。科學家們根據這個特點,發明出了靜電滲析法,利用離子交換膜和靜電,將水中含有電子的無機鹽滲析出去,從而得到純水。
除此以外,基於靜電成像原理的靜電印花技術能夠使順利排列的電荷作為靜電潛影,沉澱在材料的表面或體內,並隨後經顯像、轉印成人眼能看見的形式。此項技術在日常生活中也是非常常見的。
這些形形色色的技術,它們都在不同方面體現了靜電在生活中的有效應用。研究至今,對於靜電的探索已逐漸發展為一門科學——靜電學,它見證著人類文明的進步,同時也在為人類能夠更好地生活發揮著自己的作用。
生活中,關於靜電你有哪些好玩有趣的故事呢?歡迎在評論區留言哦!畢竟靜電,真的比我們看得到的還要複雜!
創作團隊:中國科學技術館新媒體團隊
稽核專家:李永樂 北京人大附中物理教師、知名科普博主