電量與元電荷
1電荷量:用于度量電荷多少的物理量,簡稱電量,常用Q或q表示,單位:庫侖,C。
2試驗發現:
質子和電子所帶的電荷量是最小的,其值為:
電子電量 e=-1.6×10-19C. (電子質量=9.11×10-31kg)
質子電量 e= 1.6×10-19C.
※任何帶電體所帶電量總是等于某一個最小電量的整數倍,這個最小電量叫做基元電荷,也稱元電荷,用e表示,1e=1.6×10-19C 。它等于一個電子所帶電量的多少,也等于一個質子所帶電量的多少 (元電荷的電量數值最早由美國科學家密立根于1909年用油滴實驗測得) 。
靜電的物理現象
靜電和靜電場的物理現象主要有:力學現象、放電現象和靜電感應現象。
1、靜電的力學現象:
位于靜電場中的任何帶電體都會受到電場所施加的力的作用。按庫侖法則,此帶電物體單位面積上的吸引力或排斥力F(N/m2)為:
F==εE2
式中:ε─帶電物體的介電常數,N/v2;
q─帶電物體的表面電荷,C/m2;
E─帶電物體的表面電場強度,v/m。
按上式計算,在每平方厘米上靜電作用力為數百毫克左右,僅為磁鐵作用力的萬分之一。因此,靜電作用力僅對毛發、紙片、塵埃、纖維、粉塵等非常輕的物體顯示靜電力學現象,而對重物則察覺不到。
2、靜電放電(ESD)現象
帶有靜電的物體靠近或接觸另一物體,只要他們之間存在電勢差,就會發生靜電荷轉移。這種靜電荷轉移的過程稱之為靜電放電。
靜電放電按其發光形態大致可分為電暈放電、刷形放電、火花放電及能觀察到的沿帶電物體表面發光的表面放電四類。
(a)電暈放電:電暈放電是電場分布不勻時,電場集中在帶電體或接地體的一些突出部分發生的放電現象,它是屬于微弱的尖端放電現象。
(b)刷形放電:刷形放電是電暈放電的一種,多數發生在不均勻電場中,特別是當帶電電荷較大而帶電體和接地體形狀較為平滑時容易發生刷形放電,它伴有比電暈放電更強的光和破裂聲響。
(c)火花放電:火花放電是一種有強烈的發光和發出破裂聲響的放電,在帶電體和接地體之間可以看到線狀的強光,在發光通路上,瞬時會發出數安培以上的峰值電流。當帶電體和接地體的形狀較為光滑時,容易發生這種放電。當帶電體所帶靜電較大時,一般總是發生火花放電,它往往會成為引燃和引爆源。
(d)表面放電:當絕緣體上帶有大量的靜電時,在對空發生放電的同時,還會沿著絕緣體表面發生放電,這種放電形式稱為表面放電。通常帶電體的表面電荷密度超過10C/cm2時,就可以看到絕緣體表面上的表面放電現象。另外,當帶電體的一側有接地體,而另一側又有接地體與之接近時,容易發生表面放電。由于它和火花放電一樣,放電能量較大,故應引起重視。
3、靜電感應現象
即使是完全不帶電的導體,只要置于某帶電體附近并與大地絕緣,也會出現吸附塵埃等力學現象和伴有發光放電等現象,這就是靜電感應現象。
感應電荷雖然比帶電體的總電荷小,但靜電感應電位有時可以達到幾千以至上萬伏之高,所以不能忽視。特別是當被感應的物體是金屬之類電阻小的物體時,往往會發生火花放電。
4、在靜電放電的同時還會有電磁波的發射現象
當物體所帶電荷在空間產生的電場強度超過介質的擊穿電場強度時,便會出現發光、破裂聲響等靜電放電現象。這是靜電場使帶電體周圍的氣體發生電離的結果。這種氣體擊穿放電現象產生的反電荷離子流向帶電體,使靜電中和,正電荷離子流向接地體。這樣的放電現象一旦發生,就會發出青白色的光和破裂聲響,并因離子電流而輻射出一種頻率約為105~107HZ的電磁波并產生臭氧等。
靜電場擊穿空氣介質使氣體分子電離化示意圖
如果從帶有數千伏、數萬伏高電位的帶電體發生脈沖刷形放電或火花放電時,則在瞬間內有數安培的離子電流的同時,還會有電磁波發射。