电量与元电荷
1电荷量:用于度量电荷多少的物理量,简称电量,常用Q或q表示,单位:库仑,C。
2试验发现:
质子和电子所带的电荷量是最小的,其值为:
电子电量 e=-1.6×10-19C. (电子质量=9.11×10-31kg)
质子电量 e= 1.6×10-19C.
※任何带电体所带电量总是等于某一个最小电量的整数倍,这个最小电量叫做基元电荷,也称元电荷,用e表示,1e=1.6×10-19C 。它等于一个电子所带电量的多少,也等于一个质子所带电量的多少 (元电荷的电量数值最早由美国科学家密立根于1909年用油滴实验测得) 。
静电的物理现象
静电和静电场的物理现象主要有:力学现象、放电现象和静电感应现象。
1、静电的力学现象:
位于静电场中的任何带电体都会受到电场所施加的力的作用。按库仑法则,此带电物体单位面积上的吸引力或排斥力F(N/m2)为:
F==εE2
式中:ε─带电物体的介电常数,N/v2;
q─带电物体的表面电荷,C/m2;
E─带电物体的表面电场强度,v/m。
按上式计算,在每平方厘米上静电作用力为数百毫克左右,仅为磁铁作用力的万分之一。因此,静电作用力仅对毛发、纸片、尘埃、纤维、粉尘等非常轻的物体显示静电力学现象,而对重物则察觉不到。
2、静电放电(ESD)现象
带有静电的物体靠近或接触另一物体,只要他们之间存在电势差,就会发生静电荷转移。这种静电荷转移的过程称之为静电放电。
静电放电按其发光形态大致可分为电晕放电、刷形放电、火花放电及能观察到的沿带电物体表面发光的表面放电四类。
(a)电晕放电:电晕放电是电场分布不匀时,电场集中在带电体或接地体的一些突出部分发生的放电现象,它是属于微弱的尖端放电现象。
(b)刷形放电:刷形放电是电晕放电的一种,多数发生在不均匀电场中,特别是当带电电荷较大而带电体和接地体形状较为平滑时容易发生刷形放电,它伴有比电晕放电更强的光和破裂声响。
(c)火花放电:火花放电是一种有强烈的发光和发出破裂声响的放电,在带电体和接地体之间可以看到线状的强光,在发光通路上,瞬时会发出数安培以上的峰值电流。当带电体和接地体的形状较为光滑时,容易发生这种放电。当带电体所带静电较大时,一般总是发生火花放电,它往往会成为引燃和引爆源。
(d)表面放电:当绝缘体上带有大量的静电时,在对空发生放电的同时,还会沿着绝缘体表面发生放电,这种放电形式称为表面放电。通常带电体的表面电荷密度超过10C/cm2时,就可以看到绝缘体表面上的表面放电现象。另外,当带电体的一侧有接地体,而另一侧又有接地体与之接近时,容易发生表面放电。由于它和火花放电一样,放电能量较大,故应引起重视。
3、静电感应现象
即使是完全不带电的导体,只要置于某带电体附近并与大地绝缘,也会出现吸附尘埃等力学现象和伴有发光放电等现象,这就是静电感应现象。
感应电荷虽然比带电体的总电荷小,但静电感应电位有时可以达到几千以至上万伏之高,所以不能忽视。特别是当被感应的物体是金属之类电阻小的物体时,往往会发生火花放电。
4、在静电放电的同时还会有电磁波的发射现象
当物体所带电荷在空间产生的电场强度超过介质的击穿电场强度时,便会出现发光、破裂声响等静电放电现象。这是静电场使带电体周围的气体发生电离的结果。这种气体击穿放电现象产生的反电荷离子流向带电体,使静电中和,正电荷离子流向接地体。这样的放电现象一旦发生,就会发出青白色的光和破裂声响,并因离子电流而辐射出一种频率约为105~107HZ的电磁波并产生臭氧等。
静电场击穿空气介质使气体分子电离化示意图
如果从带有数千伏、数万伏高电位的带电体发生脉冲刷形放电或火花放电时,则在瞬间内有数安培的离子电流的同时,还会有电磁波发射。