固体静电的产生及其机理解析

1.固体之间的非对称摩擦起电

●要点提示：

两物摩擦起静电，橡胶梳子吸纸片。

冷热不同接触时，居然也能起静电。

●实用技术：

如图2-10所示，取两根橡胶棒，先令一根静止，使另一根在上面摩擦，这时静止的一根橡胶棒在较大的范围内受到了摩擦，而另一根运动的橡胶棒只有一个很小的面积（接触点）受到了摩擦，这样这两根橡胶棒就进行了非对称摩擦。这样的摩擦进行几次后，两根橡胶棒上就产生了静电。

图2-10 两根橡胶棒进行的非对称运动

另外，相同材质但温度不同的两物体相互摩擦也能产生静电。例如加热的玻璃棒与冷的玻璃棒相互摩擦后会分别带上极性相反的电荷。这是因为：

1）由于两棒间存在着温度差，使棒表面的带电粒子向冷的方向扩散；

2）由于两者的温度差产生了表面能级之差，因此导致了带电粒子的定向运动。

2.固体之间的接触起电

●要点提示：

金属接触偶电层，接触界面起静电。

最终达到极限值，注意消除最关键。

●实用技术：

（1）金属与高分子固体之间的接触起电

如图2-11所示，当金属与均匀电解质接触时，也同样会形成偶电层。电荷分布在金属表面上，其电荷密度是σ_m1；而在电介质一侧，电荷则分布在具有深度为t的薄层内，其体电荷密度为ρ_m2。

图2-11 金属与均匀电介质的界面

（2）金属之间的接触起电

两种不同材料的物体，在它们之间的距离达到或小于25×10^-10m时，一种物质中的电子就会传给另一种物质。失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电。另外，金属之间紧密接触虽然可产生偶电层，但当两金属分开时各接触点不可能做到同时分开，因而接触面两边的正负电荷将通过尚未分开的那些接触点构成的导电通道而相互中和，这样在通常情况下导体分开后仍不带电。只有绝缘状态下的金属与绝缘材料摩擦时，两者都有可能带电，如图2-12所示。

图2-12 固体接触起电(www.xing528.com)

a）接触前 b）接触产生双电层 c）分离产生静电

生产中常见的是金属与高分子物质或两种高分子绝缘物质间的相互摩擦而起电的现象，例如橡胶带通过辊轴时的带电情况。在橡胶、塑料、造纸、纤维等行业生产中，静电有时可高达几万伏甚至几十万伏，如不采取适当的消除措施，则很容易导致电击、火灾等事故。

3.静电感应带电

●要点提示：

电场范围有感应，中和一端起静电。

感应带电有机理，产生、泄漏同时变。

●实用技术：

感应带电是指当中性导体置于外电场中会发生静电感应现象，当把被感应而带电的导体的一端接地时，这端的电荷就会被中和掉，这时再将接地线断开，去掉外电场，这时孤立的导体就带上了电。

另外，电介质在静电场中同样可能感应起电。在外电场中，电介质要发生极化。极化后的电介质在垂直电力线方向的两界面上将出现大小相等、符号相反的束缚电荷，当然这些束缚电荷也会影响电场。外电场取消后，电介质上的束缚电荷将逐渐消失。如果束缚电荷的某一种电荷由于某种原因消失，则电介质上另一种电荷将使电介质处于带电状态。

4.因材料破裂而带电

●要点提示：

原本物体成中性，一旦碎裂起静电。

冻结冰块破裂时，电荷分离起了电。

●实用技术：

原来呈电中性的固体材料或粉体类物质因破裂会产生静电，如图2-13所示。

图2-13 因破裂产生静电

a）破裂前 b）破裂后

如图2-14所示，当有极性基的冰块破裂时也能产生静电。其产生静电的过程是电荷因冻结而分离，冻结后如果中心部带负电，外侧带正电，则当冰层破裂时将引起电荷的分离，这时碎冰片将带上正电。

图2-14 因冻结、破裂而产生静电

a）电荷因冻结而电离 b）冻结结晶造成的电荷分离 c）冰的破裂引起电荷分离