静电场中导体2011

1、A B 无外电场无外电场 加外电场：电子在电场力作用下运动加外电场：电子在电场力作用下运动 导体的静电感应过程导体的静电感应过程 0 E 导体的静电感应过程导体的静电感应过程 0 E 外场外场 感应感应 E 0 E 导体的静电感应过程导体的静电感应过程 0 E 外场外场 感应感应 E 0 E 导体的静电感应过程导体的静电感应过程 0 E 外场外场 感应感应 E 0 E 导体的静电感应过程导体的静电感应过程 0 E 外场外场 感应感应 E 0 E 导体的静电感应过程导体的静电感应过程 0 E 外场外场 感应感应 E 0 E 导体的静电感应过程导体的静电感应过程 0 E 外场外场 感应感应 E 0

2、 E 导体的静电感应过程导体的静电感应过程 0 E 外场外场 感应感应 E 0 E 导体的静电感应过程导体的静电感应过程 0 E 外场外场 感应感应 E 0 E 导体的静电感应过程导体的静电感应过程 0 E 外场外场 感应感应 E 0 E 导体的静电感应过程导体的静电感应过程 E 静电平衡状态静电平衡状态 0 E E 0 0 EEE l静电平衡条件：静电平衡条件： 0 内 E 表面 表 E 0 E E 0 0 EEE P S S SdE0 0 内S i q 0E Q S S SdE0 0E 0 内S i q -S内无净电荷存在内无净电荷存在 Q b a ba UUl dE 0 ba UU a

3、b qQ q q PS S S E S SdE S SdE SE 0 S 0 E R r Q q R r R Q UR 0 4 1 R R R 0 2 4 4 0 R R r q Ur 0 4 1 0 r r r R R r 0 R R R U 0 r r r U 0E A A R O q q q d x EEE 0 EE 0 )( 4 2 0 i d q i d q 2 0 4 0 4 q R dq U 0 R O q q q d 0 UUU d q 0 4 R q d q U 0 1 0 0 44 0 q d R q 1 R O q d 1 q U R O q q q d 0 e p 甲烷

4、甲烷 CHCH4 4 H H H H C 水水 H2O H H O e p 0 e p 0 E 0 E e p -转向极化转向极化 1 f 2 f 0 E 0 E e p EEE 0 0 E E E E E E U q C -孤立导体的电容孤立导体的电容 A B q q A UB U l定义定义: : BA UU q C -电容器的电容电容器的电容 q AB r S d q E B A BA l dEUU Ed S qd r 0 S q r 0 BA UU q C d S r 0 A B A R B R l r r E r 0 2 B A BA l dEUU B A R R Edr B A R

5、 R r r dr 0 2 A B r R R ln 2 0 A B r BA R R UUln 2 0 BA UU q C A B r R R l ln 2 0 A B r R R l ln 2 0 A B A R B R l r 2 0 4r q E r B R A R A B r B A BA l dEUU ) 11 ( 4 0BAr RR q B A R R Edr BA UU q C AB BAr RR RR 04 1.并联并联: : 1 C 2 C 3 C n C U U q C U qqq n 21 n CCC 21 n i i C 1 2.串联串联: : U U q C n U

6、UU q 21n CqCqCq q / 21 n CCCC 1111 21 n i i C 1 1 dqdq dq q U dqq )( UUdqdAUdq 设物体带电设物体带电q时，电势为时，电势为U，再将，再将dq 从从 移到移到q上，上，外力外力作功作功 一、带电体的能量一、带电体的能量 整个过程整个过程: :外力外力克服克服 电场力作功电场力作功带电带电 体静电能体静电能 UdqAW Q 0 ab dq qq E )( ba UUdqdAdq C q Q dq C q W 0 C Q 2 2 1 2 )( 2 1 ba UUC)( 2 1 ba UUQ U Q C 2 )( 2 1 b

7、a UUCW 2 )( 2 1 Ed d S VE 2 2 1 V W e 2 2 1 E ED dVW eV dVE V 2 2 1 d d dd S C 0 UCQ dd SU 0 2 1 2 C Q W 2 0 2 1 U dd S d d 2 1 2 C Q W 2 2 0 )(2 1 U dd Sd d S C 0 WWA 2 2 0 )(2 1 U dd dS d * *避雷针与婴儿避雷针与婴儿 避雷针的发明者、美国物理学家避雷针的发明者、美国物理学家 富兰克林（富兰克林（1706170617901790年）正在邀年）正在邀 请人们参观他的新发明。其中一个请人们参观他的新发明。其中

8、一个 阔太太问：阔太太问：“可是，它有什么用可是，它有什么用 呢？呢？”富兰克林回答道：富兰克林回答道：“夫人，夫人， 新生的婴儿又有什么用呢？新生的婴儿又有什么用呢？” ” 1 静电的种类静电的种类 摩擦电摩擦电 两物体经相互摩擦分开时，通常电容两物体经相互摩擦分开时，通常电容 率大的材料带正电，电容率小的材料带负率大的材料带正电，电容率小的材料带负 电电. 科茵定则科茵定则: 感应电感应电 导体的静电感应导体的静电感应 + + + + + 感应电荷感应电荷 雷击与避雷针雷击与避雷针 静电感应静电感应 电晕放电电晕放电 可靠接地可靠接地 + + + + 2 静电电位的高低静电电位的高低 在在

9、橡胶工业橡胶工业中，合成橡胶从苯槽中出来时，中，合成橡胶从苯槽中出来时， 静电位可达静电位可达 250 kV； 在在印刷和造纸工业印刷和造纸工业中，纸离开辊筒时，中，纸离开辊筒时， 静电位可达静电位可达 10 20 kV； 在在塑料工业塑料工业中，塑料制品表面经摩擦中，塑料制品表面经摩擦, 其电位其电位 可达可达 1 kV 以上，赛璐璐互相摩擦时带电电位高以上，赛璐璐互相摩擦时带电电位高 达达 40 kV. 在在汽车运输业汽车运输业中，轮胎在一般车速下可充电中，轮胎在一般车速下可充电 15 50 kV，传递皮带上带电，传递皮带上带电 30 40 kV，最高达，最高达 80 kV. 摩擦起电摩擦

10、起电 感应起电感应起电 传导起电传导起电 人体带电方式人体带电方式 3 人体的静电效应人体的静电效应 人在绝缘良好的地毯上行走，可带上人在绝缘良好的地毯上行走，可带上 3 5kV 的静电的静电. 静电电击人体的生理效应静电电击人体的生理效应 1 kV 2 kV 3 kV 4 kV 5 kV 6 kV 7 kV 8 kV 带电电位带电电位电击感程度电击感程度 无无 手指外侧稍有感觉手指外侧稍有感觉,微弱放电声微弱放电声 手指有痛感手指有痛感 手指有针刺状痛手指有针刺状痛 手心到前腕电击感手心到前腕电击感,看到放电火花看到放电火花 手指剧痛手指剧痛 手指全部有痛感手指全部有痛感 手指到前腕强烈电击

11、感手指到前腕强烈电击感 1 接地法接地法 2 给湿法给湿法 3 抗静电剂法抗静电剂法 4 导电材料法导电材料法 5 静电消除器法静电消除器法 6 静电屏蔽法静电屏蔽法 防静电服防静电服 1 接地法接地法 用良导体把易生静电的导体部件接地用良导体把易生静电的导体部件接地. 接地链接地链 对绝缘体，可包上金属物对绝缘体，可包上金属物. 油管、油槽车、油船体等油管、油槽车、油船体等 相对湿度相对湿度70%，可防止静电电荷积累，可防止静电电荷积累. 油罐车装卸汽油时油罐车装卸汽油时: 湿度湿度35% 40%时，静电电位为时，静电电位为1 100 V; 湿度湿度50%时，时，500 600V; 湿度湿度

12、72%，静电电位基本消失，静电电位基本消失. 2 给湿法给湿法 3 抗静电剂法抗静电剂法 为表面活性剂，由亲水和疏水两基团构成，为表面活性剂，由亲水和疏水两基团构成， 主要以油脂为原料，其作用是使表面吸附水分，主要以油脂为原料，其作用是使表面吸附水分， 形成水膜，减少电阻率，能赋予塑料或化纤制品形成水膜，减少电阻率，能赋予塑料或化纤制品 等以吸湿性（亲水性）和电离性，增强导电性能等以吸湿性（亲水性）和电离性，增强导电性能. 易生静电部件用导体材料易生静电部件用导体材料. 4 导电材料法导电材料法 用导电橡胶、涂导电漆或添加石墨、用导电橡胶、涂导电漆或添加石墨、 碳黑、碳黑、 金属粉末金属粉末.

13、 不同纤维混纺，不同纤维混纺， 用导电纤维制防静用导电纤维制防静 电服等电服等. 静电刷静电刷 5 静电消除器法静电消除器法 喷喷“离子风离子风” 高压离子流，产生与高压离子流，产生与 静静 电电性相反的离子来中和电电性相反的离子来中和. 用放射性元素辐射用放射性元素辐射 (X射线、射线、 射线等射线等) 静电刷静电刷 6 静电屏蔽法静电屏蔽法 屏蔽盒屏蔽盒 屏蔽车间屏蔽车间 屏蔽线屏蔽线 1 静电除尘静电除尘 烟气入口烟气入口 尘埃出口尘埃出口 kV 净气出口净气出口 静电除尘动画静电除尘动画 电电 晕晕 放放 电电 金属百叶窗金属百叶窗 2 静电分离静电分离 沙沙 沙里沙里“逃逃”金金 含

14、金子含金子 的沙的沙 金子金子 高高 压压 油颗油颗 粒粒 油水混合物油水混合物 油油 水水 油水分离油水分离 油滴聚合油滴聚合 施加电场施加电场 油滴带电油滴带电 3 静电喷漆静电喷漆 静电喷漆动画静电喷漆动画 5 静电种植静电种植 4 静电复印静电复印 静电复印动画静电复印动画 高高 压压 对水稻、小麦等种子处理后，其产量可提高对水稻、小麦等种子处理后，其产量可提高 5% 10% 数据来源数据来源: 物理物理 Vol.29,550-552, 2000 大颗粒大颗粒 100 kVm-1 20 min 种子种子 场强场强 时间时间 小颗粒小颗粒 30 kVm-1 5 min 种子种子 上午、下

15、午各上午、下午各2 h 实用菌实用菌 100 kVm-1 猴头菇猴头菇平菇平菇 处理方法处理方法: 效果效果: 猴头菇猴头菇 产量提高产量提高37% 时间缩短时间缩短26% 平平 菇菇 产量提高产量提高51% 时间缩短时间缩短44% 数据来源数据来源: 物理物理 Vol.29,550 552, 2000 电晕放电电晕放电 直直 流流 高高 压压 0.5m + - 场强场强 65 kVm-1， 4 h/d 芹菜芹菜 油菜油菜 韭菜韭菜 处理方法处理方法: 效果比较效果比较: 芹菜芹菜 产量提高产量提高36% 时间缩短时间缩短8% 油菜油菜 产量提高产量提高31% 时间缩短时间缩短17% 韭菜韭菜

16、 产量提高产量提高98% 时间缩短时间缩短36% 1 食品的灭菌食品的灭菌 运用各种手段杀灭食品中的有害微生运用各种手段杀灭食品中的有害微生 物，从而保持食品的品质并达到一定的保物，从而保持食品的品质并达到一定的保 藏期藏期. 一一 食品的灭菌与灭菌方法食品的灭菌与灭菌方法 2 常用灭菌方法常用灭菌方法 巴氏灭菌、阿佩尔灭菌、巴氏灭菌、阿佩尔灭菌、 化学药剂灭菌、辐射灭菌等化学药剂灭菌、辐射灭菌等 3 加热灭菌的方法加热灭菌的方法 加热使食品中腐败菌内的蛋白质凝固变加热使食品中腐败菌内的蛋白质凝固变 性，导致细菌失活性，导致细菌失活. 缺点缺点: 食品受热后，发生物理或化学性食品受热后，发生物

17、理或化学性 质的变化，造成其色、香、味、组织结构质的变化，造成其色、香、味、组织结构 的改变及营养价值的下降，产生各种褐变的改变及营养价值的下降，产生各种褐变 反应及酸败，维生素受破坏等反应及酸败，维生素受破坏等. 4 非加热物理灭菌方法非加热物理灭菌方法 种类种类 电场灭菌电场灭菌 磁场灭菌磁场灭菌 光光脉冲脉冲灭菌灭菌 高压灭菌高压灭菌 真空灭菌真空灭菌 将液态食品作为电介质置于高强度将液态食品作为电介质置于高强度脉脉 冲电场中，食品中微生物的细胞膜在强电冲电场中，食品中微生物的细胞膜在强电 场的作用下被击穿，产生不可修复的破裂场的作用下被击穿，产生不可修复的破裂 或穿孔，使细胞组织受损，

18、导致微生物失或穿孔，使细胞组织受损，导致微生物失 活活. . 1 原理原理 电场灭菌的原理及装置电场灭菌的原理及装置 在强电场作用下，细胞膜两表面堆积在强电场作用下，细胞膜两表面堆积 的异号电荷相互吸引，引起膜的挤压的异号电荷相互吸引，引起膜的挤压. . + - 高高 电电 压压 强强 电电 场场 当挤压力大于膜的弹性力时，产生穿当挤压力大于膜的弹性力时，产生穿 孔孔. . + - 脉冲发生器脉冲发生器 控制单元控制单元 E 10 kV/cm + - 高高 电电 压压 强强 电电 场场 脉冲脉冲 宽度宽度 频率频率 高压高压 电源电源 Food 2 装置装置 高压脉冲高压脉冲 发生器产生发生器产生 的高压脉冲的高压脉冲, 被加到杀菌被加到杀菌 容器的两极容器的两极 板上形成板上形成10 kV/cm以上以上 的电场的电场. 几乎所有具有流动性能的流体和半流几乎所有具有流动性能的流体和半流 体的非热杀菌体的非热杀菌. 果汁果汁蔬菜汁蔬菜汁蛋液的非热杀