【課件】靜電的利用與防護課件-2022-2023學年高二上學期物理魯科版（2019）必修第三冊

1.5靜電的利用與防護

靜電現(xiàn)象在自然界中普遍存在，靜電具有兩面性，有些靜電是有危害的，如何防護靜電呢？靜電又能否利用呢？1、靜電的利用1靜電除塵靜電除塵是利用高壓靜電實現(xiàn)除塵當電壓達到一定值時，金屬絲（電暈極）與筒收塵極之間會形成很強的電場，使空氣電離。大部分煙霧顆?；蚍蹓m在吸附電離所產(chǎn)生的負電荷后，在電場力作用下向金屬筒運動，并落在金屬筒上，通過除塵后的氣體則從出口排出。

氣體電離：指氣體受到電場的作用，使中性氣體原子中的電子獲得足夠多的能量，克服原子核對它的引力而成為自由電子，同時中性電荷失去電子變成正離子。與其他除塵方式相比，靜電除塵耗能少、效率高，可廣泛用于發(fā)電、冶金、水泥以及其他產(chǎn)生煙霧和粉塵的工礦企業(yè)。2靜電噴霧靜電噴霧是通過高壓靜電發(fā)生裝置使噴出的霧滴帶電的噴霧方法。在噴口和工件之間便形成了較強的靜電場。當涂料從輸料管進入導流管的噴口時，由于導流管接上高壓負極發(fā)生放電，周圍產(chǎn)生密集的電荷，涂料微粒帶上負電荷，在靜電力和高壓空氣的作用下飛向工件，并均勻地吸附在工件表面。再經(jīng)過干燥或加熱，涂料固化成厚度均勻、質(zhì)地堅固的涂層，這樣噴涂工作便完成了。

廣泛應用于農(nóng)藥噴灑或汽車、家電外殼噴涂等。3激光打印下達打印指令→充電：在感光鼓上充滿負電荷或正電荷→曝光：將圖文資料通過激光束照射到感光鼓上，感光鼓表面被激光照射到的地方的電荷被釋放，沒有照射到的地方仍然帶有電荷，從而在感光鼓上形成與圖文對應的潛像→顯像：讓碳粉匣中的碳粉帶上與靜電潛像電性相反的電荷，當快速轉動的感光鼓上的靜電潛像經(jīng)過碳粉匣時，便會吸附帶負電的碳粉，出圖文影像；→轉像：紙張進入機器內(nèi)部后，由于異種電荷相互吸引，碳粉在高溫下固定于紙張上?！詈蟪レo電，使感光鼓恢復到初始狀態(tài)，以便開始下一個工作循環(huán)。

復印機用的感光鼓材料是感光型半導體：即在暗態(tài)時(不受光)為絕緣體；而在亮態(tài)(受光)時為導體。1、空氣凈化器：利用靜電來吸附空氣中的塵埃，使空氣得以凈化；2、用靜電處理種子，可使種子抗病能力增強、發(fā)芽率提高；3、利用靜電處理水，既能殺菌，又能減少水垢；4、靜電放電產(chǎn)生的臭氧是強氧化劑，有很強的殺菌作用。5、靜電還被應用于海水淡化、低溫冷凍、人工降雨甚至宇宙探索等方面。2、靜電的防護雷電是自然界常見的靜電現(xiàn)象。

當帶電的云層接近地面時，地面上的物體因靜電感應而帶異種電荷，這些感應電荷更多分布在高大建筑物、大樹等突出的物體上。

導體上電荷分布得特點：在曲率半徑越小的地方，電荷分布得越密集，電場越強。

當電荷積累到一定程度時，這些物體與云層間形成很強的電場，使空氣電離，在云層與地面之間發(fā)生強烈的火花放電，這就是雷擊。雷擊會對地面上的建筑物、人等造成很大的危害。

防止靜電危害的方法之一，是盡快把靜電導入地下。高大建筑物上安裝尖端導體——避雷針（接閃桿），并用符合規(guī)格的導線與埋在地下的接地裝置連接起來。

當帶電云層接近時，避雷針上的感應電荷在其附近產(chǎn)生強電場，使避雷針與帶電云層間的空氣電離，電荷通過避雷針和符合規(guī)格的導線被直接引入大地，從而達到保護建筑物的目的。

4、油罐車車尾裝有一條拖在地上的導電拖地帶，以導走運輸過程中油和油罐摩擦產(chǎn)生的靜電，避免由此引起爆炸。1、在接觸帶有大量精密電子元件的電路板前，應先用手握一下金屬水管或其他接地金屬，把人體的靜電導走；2、印刷車間空氣應保持適當?shù)臐穸龋员阌趯ё呒堩撻g相互摩擦產(chǎn)生的靜電；3、加油站加油槍旁常有一個觸摸式人體靜電釋放器，加油前用手觸摸上面的金屬球，可將人體的靜電導走。3、靜電平衡與靜電屏蔽靜電感應把金屬導體放在外電場E0中，由于導體內(nèi)的自由電子受電場力作用而定向移動，使導體表面出現(xiàn)感應電荷的現(xiàn)象叫靜電感應。靜電感應靜電平衡感應電荷的電場增到與外電場相等時，導體內(nèi)合場強為零。自由電荷的定向移動停止。靜電平衡：導體中無電荷定向移動的狀態(tài),就叫靜電平衡狀態(tài)。

處于靜電平衡狀態(tài)下的導體，內(nèi)部的場強處處為零。靜電平衡的特點2.處于靜電平衡狀態(tài)下的導體，內(nèi)部的場強處處為零。1.導體內(nèi)沒有電荷的定向移動3.導體表面處場強方向必跟該點的表面垂直。靜電平衡時導體上的電荷分布特點：（1）導體內(nèi)部沒有電荷，電荷只分布在導體的外表面。（2）在導體表面，越尖銳的位置，電荷的密度（單位面積的電荷量）越大，凹陷的位置幾乎沒有電荷。靜電感應靜電屏蔽靜電平衡

導體球殼內(nèi)(或金屬網(wǎng)罩)達到靜電平衡后，內(nèi)部場強處處為0，不受外部電場的影響，內(nèi)部的儀器不會受到外電場的影響，這種現(xiàn)象叫做靜電屏蔽。根據(jù)靜電平衡與靜電屏蔽的知識，解釋靜電屏蔽為何能隔離靜電干擾，保護高壓帶電作業(yè)者的安全？1．導體內(nèi)部不受外部電場的影響使帶正電的金屬球靠近驗電器，驗電器的箔片張開，這表示驗電器受到附近帶電體的影響；用一個金屬網(wǎng)罩把驗電器罩住，再讓帶電金屬球靠近，驗電器的箔片不張開，這表示金屬網(wǎng)罩內(nèi)的驗電器不受附近帶電體的影響．靜電屏蔽的兩種情況(2)本質(zhì)：是靜電感應．導體外表面的感應電荷在導體內(nèi)部產(chǎn)生的電場與外電場相互疊加，使導體內(nèi)部場強處處為零．(2)本質(zhì)：是靜電感應．導體外表面的感應電荷在導體內(nèi)部產(chǎn)生的電場與外電場相互疊加，使導體內(nèi)部場強處處為零．2．接地的封閉導體殼內(nèi)部電場對殼外空間沒有影響金屬網(wǎng)罩不帶電，罩內(nèi)小球帶正電，將驗電器靠近金屬殼，驗電器箔片張開，這表示網(wǎng)罩內(nèi)帶電體產(chǎn)生的電場能使外界受到影響；把金屬網(wǎng)罩接地，則驗電器箔片不張開，這表示金屬網(wǎng)罩接地，內(nèi)部電場不影響外界．(2)本質(zhì)：是靜電感應．網(wǎng)罩內(nèi)小球所帶電荷與網(wǎng)罩內(nèi)表面感應電荷在網(wǎng)罩外產(chǎn)生的電場相互疊加使網(wǎng)罩外場強處處為零．①導體殼沒有接地時處于內(nèi)部電場中，達到靜電平衡，導體殼內(nèi)外表面出現(xiàn)等量異種電荷，空間電場的電場線起于場源正電荷，終于導體殼內(nèi)表面負電荷，再起于導體殼外表面正電荷，終于無窮遠，殼內(nèi)外表面之間場強處處為零，殼外場強不為零。②導體殼接地后，導體殼外的正電荷被大地負電荷中和，空間電場起于場源正電荷終于導體殼內(nèi)表面負電荷，導體殼內(nèi)外表面之間及導體外部場強處處為零，導體外部空間不受內(nèi)部電場影響。溫馨提示：(1)接地的空腔導體，腔外電場對腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響，腔內(nèi)電場對腔外空間也不產(chǎn)生影響，即內(nèi)外互不影響．(2)空腔導體不接地，腔外電場對腔內(nèi)空間不產(chǎn)生影響，腔內(nèi)電場對腔外空間產(chǎn)生影響．

長為L的