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第九章 静电场及其应用
9.4 静电的防止与利用
在加油站加油前为什么要触摸静电释放器？如何防止静电积累造成危害？
1. 能通过导体在外电场中的现象说明静电平衡及其基本特征。
2. 能解释尖端放电和静电屏蔽，判断防止静电危害的基本方法。
3. 能用电场和静电力观点解释静电除尘、静电喷涂、静电复印等应用。
一、导体的静电平衡
1. 从自由电子的移动开始分析
E0
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把不带电金属导体放入外电场，自由电子受力移动并在两端形成感应电荷。
问题：感应电荷产生的电场方向怎样？自由电子会一直移动吗？
感应电场与外电场方向相反；直到导体内部合场强为零，自由电子不再定向移动。
一、导体的静电平衡
2. 把现象归纳为条件
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导体达到静电平衡的标志：内部自由电荷不再定向移动。
导体内部合场强为零；导体表面场强方向垂直于表面。
归纳：静电平衡不是“没有电场”，而是导体内部合场强为零。
一、导体的静电平衡
3. 从不同形状导体比较
均匀球形导体
枕形导体
静电平衡时，导体内部没有净电荷，电荷分布在外表面；越尖锐的位置，电荷密度越大，附近场强越强。
问题：尖端电荷密度大，会带来什么现象？
尖端附近容易形成强电场，为尖端放电提供条件。
二、尖端放电与静电屏蔽
1. 强电场使空气电离
导体尖端电荷密度大 → 周围电场强 → 空气分子电离 → 带电粒子在电场中运动 → 尖端失去电荷。
问题：尖端放电为什么既能用于避雷，也会造成高压设备能量损失？
尖端放电能把电荷导向空气并释放；设备若不需要放电，就要减小尖端、使表面光滑。
二、尖端放电与静电屏蔽
2. 解释技术选择
避雷针：尖端放电并通过良好接地降低直击风险。
高压设备：表面尽量光滑，减少不必要的尖端放电和电能损失。
同一物理规律在不同技术目标下有不同应用：避雷需要可控释放，高压设备需要减少放电。
二、尖端放电与静电屏蔽
3. 导体空腔内部的场强
问题：把导体掏空后，外部电场能否进入空腔？
静电平衡时，导体壳壁内场强为零，空腔内部在相应条件下也可保持场强为零。
利用导体静电平衡特征可形成静电屏蔽，减弱或隔绝外电场对内部的影响。
二、尖端放电与静电屏蔽
4. 从原理图走向应用
金属网罩、屏蔽服和高压线屏蔽都利用导体的静电屏蔽特性。
问题：为什么金属网也能屏蔽，而不一定要用密封金属盒？
在相应尺度和条件下，金属网能通过感应电荷重新分布使内部电场减弱。
三、静电的利用
1. 带电微粒在电场中运动
视频
带电微粒在电场中受到静电力作用，向收集电极定向运动并被吸附。
问题：静电除尘、静电喷涂和静电复印的共同物理基础是什么？
答案：利用带电微粒在电场中的受力和运动，把目标微粒定向输运并沉积。
三、静电的利用
2. 从带电到收集
气体分子电离产生电子和正离子；电子附着在粉尘上，使粉尘带负电并被正极收集。
问题：为什么电离器附近需要较强电场，收集器又要连接正极？
强电场便于电离空气并使粉尘带电；带负电粉尘被接正极的收集器吸附。
三、静电的利用
3. 带电油漆微粒的沉积
带电油漆微粒在静电力作用下沉积到工件。
归纳：利用带电微粒在电场中的受力运动，使油漆沉积到工件表面。
三、静电的利用
4. 电荷图样与墨粉转印
利用光导体的导电特性变化形成电荷图样，再吸附和转印墨粉。
归纳：应用名称不同，但都利用了电荷、电场和带电微粒受力运动的规律。
1. 导体达到静电平衡时，内部场强（ ）
A.一定增强　B.一定减弱　C.处处为零　D.可能增强也可能减弱
答案：C
2. 静电阻隔口罩面料利用的主要原理是
A.静电感应　B.摩擦起电　C.静电吸附　D.静电屏蔽
答案：C
3. 带电检修人员穿金属丝织物工作服的主要原因是
A.利用静电屏蔽　B.利用摩擦起电
C.增强人体电场　D.防止所有电荷产生
答案：A
4. 关于静电屏蔽和尖端放电，下列说法正确的是
A.避雷针主要利用静电屏蔽　B.金属网罩能减弱外电场对内部的影响
C.高压设备应尽量多设置尖端　D.尖端放电不能用于技术
答案：B
电荷只分布在导体表面
导体内部场强为零
静电的防治与利用
静电平衡状态下的导体
应用：电学仪器外面有金属壳。
野外高压线上方还有两条导线与大地相连。
静电屏蔽
发生于物体曲率较大的地方
尖端放电
应用：避雷针

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