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文檔簡介
1、靜電的危害及防治 Static electricity 常見的靜電現(xiàn)象 皮帶傳動打滑時,皮帶上的靜電 吸取、灌注和儲運易燃液體(汽油、酒精),靜 電電壓高達數(shù)千伏,引起汽油蒸汽爆炸 粉塵在空間浮動和空氣相互摩擦碰撞,附件又有 接地金屬時,就會出現(xiàn)火花引起爆炸 運送汽油的油車,油箱里的汽油不停的晃動,輪 胎是絕緣的,電荷在油箱上積累 人體帶靜電 飛機高速飛行與空氣流的摩擦 尼日利亞最大城市拉各斯的 一條汽油管道2006年12月26 日發(fā)生爆炸,爆炸造成至少 260人死亡。 靜電的產(chǎn)生 靜電 靜止電荷 簡單地說,靜電是由兩種物質(zhì)相互摩擦而 產(chǎn)生的,失去電子的帶正電,得到電子的 帶負電 固體、液體和
2、氣體靜電起電原因各有特點 固體的起電 接觸分離起電 兩個不同固體材料接觸距離達到25埃(10-10m)就有電荷 的轉(zhuǎn)移發(fā)生(隧道效應(yīng)) 1796年伏特(英)發(fā)現(xiàn)帶電序列 ()鋁、鋅、錫、鎘.汞、鐵、鋼、銅、銀、金鉑、鈀、 二氧化鉛() 偶電層 兩金屬間產(chǎn)生等量異號的電荷層 逸出功 使一個電子從物體內(nèi)部轉(zhuǎn)移到物體外部真空中去 外力所做的功w 兩金屬界面的電位差V12 有關(guān)系eV12w1-w2 V12在十分之幾至幾伏之間。為什么突然分開時能產(chǎn)生上萬 伏的電壓? 隧道效應(yīng) 1957年受雇于索尼公司的江崎玲於奈發(fā)現(xiàn)當增加 PN結(jié)兩端的電壓時電流反而減少,這種反常的負 電阻現(xiàn)象解釋為隧道效應(yīng)。 1962
3、年,年僅20歲的英國劍橋大學實驗物理學研 究生約瑟夫森預(yù)言,當兩個超導(dǎo)體之間設(shè)置一個 絕緣薄層時,電子可以穿過絕緣體從一個超導(dǎo)體 到達另一個超導(dǎo)體。不久得到P.W.安德森和J.M. 羅厄耳的實驗觀證實電子對通過兩塊超導(dǎo)金 屬間的薄絕緣層(厚度約為10埃)時發(fā)生了隧道 效應(yīng),于是稱之為“約瑟夫森效應(yīng)”。 宏觀量子隧道效應(yīng)確立了微電子器件進一步微型 化的極限。例如,在制造半導(dǎo)體集成電路時,當 電路的尺寸接近電子波長時,電子就通過隧道效 應(yīng)而穿透絕緣層,使器件無法正常工作。 隧道效應(yīng) 經(jīng)典物理學認為,物體越過勢壘,有一閾值能量; 粒子能量小于此能量則不能越過,大于此能量則 可以越過。例如騎自行車過小
4、坡,先用力騎,如 果坡很低,不蹬自行車也能靠慣性過去。如果坡 很高,不蹬自行車,車到一半就停住,然后退回 去。 量子力學則認為,即使粒子能量小于閾值能量, 很多粒子沖向勢壘,一部分粒子反彈,還會有一 些粒子能過去,好像有一個隧道,故名隧道效應(yīng) (quantum tunneling)??梢?,宏觀上的確定性 在微觀上往往就具有不確定性。雖然在通常的情 況下,隧道效應(yīng)并不影響經(jīng)典的宏觀效應(yīng),因為 隧穿幾率極小,但在某些特定的條件下宏觀的隧 道效應(yīng)也會出現(xiàn)。 固體的起電(續(xù)) 物理效應(yīng)起電 壓電效應(yīng),石英晶體在1kg的壓縮力下,可產(chǎn)生 百分之幾的電位差 熱電效應(yīng) 石英晶體也有熱電現(xiàn)象 感應(yīng)帶電 指靜電
5、場對金屬導(dǎo)體的感應(yīng)帶電現(xiàn)象 液體靜電的產(chǎn)生 液體流動帶電 電阻率較高的液體在金屬管道里流動時,由于液體里有 雜質(zhì),在金屬管壁上形成約一個分子層的電偶層 液體氣體界面起電 水是極性分子,當水分裂成細末時,水滴呈正電性,飛 沫呈負電性,即雷納效應(yīng)(雷納在阿爾卑斯山的尼亞加 拉瀑布前發(fā)現(xiàn)的) 氣體靜電的產(chǎn)生 純凈的氣體不容易產(chǎn)生靜電 分子間距是分子直徑的幾十倍 接觸機會少 氣體產(chǎn)生靜電的原因 加壓時,接觸機會加劇 氣體內(nèi)部含有灰塵、金屬粉末、液滴、水銹等 靜電的危害 引起爆炸及火災(zāi) 電擊 直接傷害 二次傷害 影響生產(chǎn) 電子器件誤動作 防礙生產(chǎn),吸附塵埃、粉體吸附于設(shè)備、印刷 時紙張不齊(不能分開)
6、靜電放電形式及其能量 電暈放電(corona) 在帶電體的尖端放電,放 電能量密度102mJ (傳播)刷形放電(propagating brush discharge) 帶電量大的非導(dǎo)體與較平滑的接地導(dǎo)體之間易產(chǎn) 生刷形放電。沿面放電,放電通道有分叉呈樹枝 狀,放電能量可達mJ級 堆積粉塵的放電(cone discharge,bulk surface disch.) 呈現(xiàn)能量較集中的放電回路,放電能量 的級別在102102mJ ,是比較危險的放電形式 火花放電(spark discharge)帶電體和和接地體在 間隙很小的情況下間隙間突然放電,不分叉,瞬 間可釋放較集中的能量,達到數(shù)百mJ 靜
7、電火花引發(fā)粉塵爆炸危險性 人體放電 人體是靜電的導(dǎo)體,放電形式為火花放電, 能量集中,危害性較大 坐在木凳上身體可產(chǎn)生2萬伏電壓,在地板上 走過可積蓄5萬伏電壓 人體靜電火花能量: 人體電容(我國)約在150350pF 假定靜電電壓數(shù)千伏 靜電火花的能量0.2mJ 足以引燃飽和烴及其衍生物的爆炸性環(huán)境 設(shè)備放電能量 物體電容/pF1/2CV2 (mJ) 10kV20kV30kV 單個螺絲10.050.20.45 法蘭(100mm)100.524.5 鏟20149 小型容器(斗,50升桶)101000.5-52-204.5-45 漏斗,煙囪101000.5-52-204.5-45 桶(200升)
8、1003005-1520-6045-135 人1003005-1520-6045-135 工廠大型設(shè)備(容器,反 應(yīng)罐) 10010005-5020-20045-450 油罐汽車100050200450 靜電荷的累積 靜電荷累積 靜電荷產(chǎn)生 產(chǎn)生靜電 物體的電學特性和產(chǎn)生靜電荷條件和環(huán)境 電學條件 固體材料的電阻率越大,產(chǎn)生靜電越高,反之 亦然 物體的起電能力 帶電的最大電位/kV 物體的表面電阻率/ 不帶電 0.01 106以下 微量帶電 0.010.1 106108 帶電體 0.11 1081010 高帶電體 1以上 1010以上 靜電荷的累積(續(xù)) 電學條件 液體靜電的產(chǎn)生取決于含雜和液
9、體自身的體電阻率 含雜過少,不易產(chǎn)生靜電,但過多,由于導(dǎo)電率增 加,電荷易泄漏,也不會產(chǎn)生大量的靜電荷 液體自身電阻率的影響 其他影響靜電產(chǎn)生的因素 緊密接觸,快速分離 接觸物材質(zhì)、表面狀況、數(shù)量和幾何尺寸 環(huán)境條件濕度 相對濕度大物體表面產(chǎn)生水膜,利于表面導(dǎo)電; 空氣中水分大,增加空氣的導(dǎo)電性,利于靜電 荷的空間泄漏。 靜電荷的消散 靜電荷的消散途徑放電和泄漏 泄漏途徑:絕緣體表面泄漏和絕緣體內(nèi)部 泄漏,均依靠物體自身的體、表電阻率的 影響,與電容放電規(guī)律類似,有經(jīng)驗公式 10 00 t t eQeQQ Q電容剩余電荷,Q0泄漏前電容上的帶電量, 泄漏時間常 數(shù)(導(dǎo)體電容率與體電阻率的積)
10、靜電的防治 減少靜電荷的產(chǎn)生 正確的選擇材料 選擇不易起電的材料 根據(jù)帶電序列選用不同材料(正負相消法) 對于必須選用絕緣材料時可選用吸濕性材料 工藝的改進 改進工藝方法,減少靜電 改變工藝操作程序 濕法生產(chǎn) 降低摩擦速度和流速 西德規(guī)定 在用管道運輸油品時不同管徑下的流速按 下式計算 v2D0.64 靜電的防治(續(xù)) 減少靜電荷的產(chǎn)生 減少特殊操作中的靜電 控制注油方式 采用密閉裝車 減少靜電荷的積累 靜電接地,單獨接地電阻不大于100 增加空氣的相對濕度,到70%時效果良好,尤 其對于吸濕性材料 采用抗靜電添加劑 增大該種材料的導(dǎo)電性和 親水性,使導(dǎo)電性增加,靜電荷被帶走 靜電的防治(續(xù)) 減少靜電荷的積累 采用靜電消除器(又稱靜電消電器,靜電中和器) 防止帶電 原理:利用正負離子中和的方法,達到消除靜電 的目的。手段:借助空氣電離或電暈放電 分類: 自感應(yīng)靜電消除器 利用帶電體的電荷與被感應(yīng)放電針 之間發(fā)生電暈放電使空氣被電離的方式來中和靜電 帶
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