将机械能直接转换为电能的直流高电压发生器。又称带式静电发生器。1931年由荷兰学者范德格拉夫发明。其工作原理如图所示。图中下部电晕电极(电压约数十千伏的直流高压电源)的*通过电晕放电所产生的正电荷喷射到移动着的绝缘皮带上,通过皮带向上传送。一部分正电荷经集电极和电阻进入球形高压电极;另一部分则聚集到对地绝缘而和集电极相联的上部皮带轮上。此带电的皮带轮可使上部电晕电极*发生电晕放电。所产生的负电荷喷射到绝缘皮带上,由皮带向下传送到下部电晕电极附近而被中和掉。高压电极一方面收集到正电荷,同时又放掉负电荷,故其上电位将越来越高,直至足以推斥皮带上传送来的正电荷不能进入高压电极时为止。此外,它的电位还受电极电晕电压的限制,半径越大,电晕电压越高,故电极所能达到的电位还与其半径有关,例如半径1米的球最多能维持电压 1.5MV。将整个装置放在密闭的金属外壳内,并充以压缩空气或者负电性气体(例如SF6等),可以提高输出电压。发生器输出电压一般为数MV。80年代*电压为25MV(美国,建成于1981年)。
发生器的主要特点是易于获得和调节输出的直流高压,输出电压脉动很小,配上相应的稳压装置后稳定度可达10-5。但其输出电流较小。一般为数百 μA。它通常应用于核物理实验,其负载常为离子管或X光管。为提高输出电流,N.J.费利奇于50年代又研究了转子式静电发生器,电流可达数mA。它不仅可用于物理方面,且可用于静电喷漆和除尘以及部分高电压试验,但电压不超过750kV。此外,还有可变电容型静电发生器,输出电压为兆伏级,而电流可高达安培级。也有人在研究将这类发生器用于空间发动机。
产生静电高压的装置。又称范德格拉夫加速器,是美国物理学家R.J.范德格拉夫在1931年发明的。结构如图,空心金属圆球A放在绝缘圆柱 C 上,圆柱内B为由电动机带动上下运动的丝带(绝缘传送带),金属针尖 E 与数万伏的直流电源相接,电源另一端接地,由于针尖的放电作用,电荷将不断地被喷送到传送带B上。另一金属针尖F与导体球 A 的内表面相联。当带电的传送带转动到针尖 F 附近时,由于静电感应和电晕放电作用,传送带上的电荷转移到针尖 F 上,进而移至导体球A的外表面,使导体球A带电。随着传送带不断运转,A球上的电量越来越多,电势也不断增加。通常半径为1米的金属球可产生约 1 兆伏(对地)的高电压。为了减少大气中的漏电,提高电压,减小体积,可将整个装置放在充有10~20个大气压的氮气的钢罐之中。
冬天到了,空气变得更加干燥,有时候人身上会积累大量的静电。这些静电可能产生一些巨大的危害,比如曾经有一个加油站的员工,身上带满了静电,他走进油库的时候,油库发生了爆炸,他也被炸死了。从这个角度来看,静电的危害显然是很大的,所以很多油罐车都带一根大铁链子,挂在地上,目的就是把静电导入大地,以免发生爆炸。
2009年10月19日,位于浙江省嘉兴市南湖区的浙江卫星丙烯酸有限公司丙烯酸储罐区1号罐发生爆炸并引起火灾。
火灾直接原因就是静电:在用泵向该罐内输送丙烯酸乙酯过程中产生并积聚静电,引爆罐内混合性气体起火。
油罐车常见的接地线
在日常生活中,虽然频繁产生的静电给人们的一举一动凭添了很多困扰,但是,它对人体生理的危害倒没有这么夸张。在网上有个流传广泛的说法,“大约三分之一的心血管疾病都与静电有关,静电还可致孕妇体内孕激素水平下降,继而引发流产或早产,抑制中老年男性的性激素生成,引起早衰及男性性功能减退”。天哪,静电能让孕妇流产,让男人阳痿。这也太可怕了吧?
想要辨别流言真伪,还是让我们认识下静电是怎么产生的。
人体静电是由于人的身体上的衣物等相互摩擦产生的附着于人体上的静电。静电的产生是由于原子核对外层电子的吸引力不够,从而在摩擦或其它因素的作用下失去电子,从而造成摩擦物有的带负电荷(即获得电子的带负电荷,有的带正电荷失去电子的带正电荷)。在摩擦物绝缘性能比较好的情况下(就是没有挂一根铁链子与大地接通),这些电荷无法流失,就会聚集起来。并且由于绝缘物的电容性极差,从而造成虽然电荷量不大但电压很高的状况。(因为电量等于电容乘以电压,电量不大,但电容也很小,所以电压就很高了。)
穿化学纤维制成的衣物就比较容易产生静电,而棉制衣物产生的就较少。而且由于干燥的环境更有利于电荷的转移和积累,所以冬天人们会觉得身上的静电较大。
在不同湿度条件下,人体活动产生的静电电压有所不同。在干燥的季节,人体静电可达几千伏甚至几万伏。实验证明,静电电压为5万伏时人体没有不适感觉,带上12万伏高压静电时也没有生命危险。所以,一般冬天人体身上带的静电是不会影响人体生理功能的,请大家可以放心。
如果有的读者还是不太放心,可以看一个经典的实验。
范德格拉夫起电机(Van de Graaff generator),又称范德格拉夫加速器,是一种用来产生静电高压的装置。该装置于1929年由荷兰裔美国物理学家罗伯特·杰米森·范德格拉夫发明。范德格拉夫起电机通过传送带将产生的静电荷传送到中空的金属球表面。范德格拉夫起电机非常易于获得非常高的电压,现代的范德格拉夫起电机电势可达500万伏特。
我们可以站在绝缘的椅子上,用手按着范德格拉夫起电机的球形金属罩(这个东西很多科技馆都有,很多大学物理系也有)。由于人的身体也可导电,所以当起电机启动时,电荷便传到我们的身体上。而因为头发上的电荷互相排斥,头发便竖立起来。
2012北京教育装备展上,一名老师将手放在静电演示装备上,头发立刻“爆炸”
很多男性都在科技馆做过这个实验,但从来没有报道说他们回家以后发现自己的性能力失常了。
人体是一个复杂的系统,但静电对人体生理功能的影响不大。至少短时间的静电积累是不会影响性功能的,这是有实验依据的。
另外还要补充的是,网上也有很多防静电的妙招,比如多用空气加湿器增加室内湿度,少穿化纤衣服减少静电的产生,这两种都能有效缓解静电。还有一种常见说法是“多吃蔬菜、水果、酸奶等酸性食品,多饮水,同时补充钙质和维生素C,维持人体正常的电解质平衡,可减少静电产生”。
吃东西真的能防静电吗?对于很多人来说,这倒是一招又简单又解馋的好办法。但事实上,静电的主要原因还是在外部摩擦,通过吃东西改变的作用微乎其微。人体的水电解质会根据每日的摄入和排出量,在变动中不断维持动态平衡,这主要是通过机体的内在调节能力完成的。破坏平衡的原因主要是调节功能疾病、创伤等,造成容量失调、浓度失调或成分失调。且不论体内电解质对于人体电容的改变作用相当微弱,更别说通过吃东西直接减少静电产生了。只能说多吃蔬果食品,保持良好的生活习惯,有利于我们身心健康,避免(在静电的有限干扰下)其他冬季疾病的产生。
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作者:张轩中
那个静电球应该叫做范德格拉夫起电机,又称范德格拉夫加速器,是一种用来产生静电高压的装置。范德格拉夫起电机通过传送带将产生的静电荷传送到中空的金属球表面。范德格拉夫起电机非常易于获得非常高的电压,现代的范德格拉夫起电机电势可达500万伏特。
我们可以站在绝缘的椅子上,用手按着起电机的球形金属罩。由于人的身体也可导电,所以当起电机启动时,电荷便传到我们的身体上。而因为头发上的电荷互相排斥,头发便竖立起来。