尖端效應

一.尖端效應的原理及特點 二.尖端效應的產生 三.尖端放電的形式

尖端效應是帶靜電導體所具有的一個重要特點.
在靜電安全領域.尖端效應可能引發各種靜電事故另一方面.人們又可以利用尖端效應來消除靜電災害.率文僅就靜電安全領域中的尖端效應作一分析,並從危害與套用兩個角度對尖端效應加討論
一.尖端效應的原理及特點
所謂尖端效應是指在同一帶電導體上,與平滑部位相比,其尖端部位面電荷密度較大,尖端附近的電場強度較強,且容易由尖端向周圍空氣或鄰近的接地體放電的現象。在帶電導體尖端的強電場作甩下.其附近空氣中殘存的離子發生激烈運動,並與空氣分子猛烈碰撞,使空氣分子電離,產生大量正,負離子.這些離子在電場作用下,又與其它空氣分子碰撞井使其電離,如此循環.這樣.就形成了尖端放電.
二.尖端效應的產生
在導體的帶電量殛其周圍環境相同情況下,導體尖端越尖,尖端效應越明顯.這是因為尖端越尖,曲率越小,面電荷密度越高,其附近場強越強的緣故.當然,所謂.曲率"是一個相對的概念.在同一導體上.與曲率小的部位相比.曲率大的部位就是尖端.因此,設備的邊,棱,角相對於平滑表面,管道的噴嘴相對於管線.細導線相對於粗導線,人的手指相對於臀部背部等等,前者都可認為是尖端,都容易產生尖端效應.應當說明,即使帶電體沒有尖端.而與之相鄰近的接地導體具有尖端.它們之間也會產生尖端效應.此時,由於靜電感應,在接地體的尖端處會感應出異性電荷,並容易與帶電體之間發生放電.
三.尖端放電的形式
尖端放電的形式主要有電暈放電和火花放電兩種.
在導體帶電量較小雨尖端又較尖時,尖端放電多為電暈型放電.這种放電只在尖端附近局部區域內進行,使這部分區域的空氣電離,並伴有徽弱的螢光和嘶嘶聲.因放電能量較小,這种放電一般不會成為易燃易爆物賈的引火源,但可引起其它危害.在導體帶電量較大電位較高時,尖端放電多為火花型放電.這种放電伴有強烈的發光和破壞聲響,其電離區域由尖端擴展至接地體(或放電體),在兩者之問形成放電通道.由於這种放電的能量較大,所以其引燃引爆及引起人體電擊的危險性較大.
火花型尖端放電隨兩極間距的減小而易於發生.這可由擊穿電壓隨極板間距離的減小而下降來說明.例如,針形電極對於平板電極放電的擊穿電壓與極問距離之間的關係一般按下式掌握:（（暫缺）,一4.9針為正極=00+8.6針為負極由）上式還可看出,尖端電電的帶電極性對擊穿電壓也有影響.在針形電極對平板放電時,若針為正電位,板為負電位,則擊穿電壓較低,即較容易發生放電;若針為負電位,板為正電位.則擊穿電壓較高,即較不易發生放電.這種現象是氣體擊穿的極性效應,在非均勻電場中氣體放電時這種效應普遍存在。
尖端放電的發生還與周圍環境情況有關一般地說,環境溫度越高越容易放電,因為此時電子和離子的動能較大,容易發生電離另外,環境濕度越低越容易放電.圍為濕度高時空氣中水分子增多,電子與水分子碰撞機會增多,碰後形成活動能力很差的負離子,使碰撞能量減弱.再者氣壓越低越容易放電,因為此時氣體分子間距加太,電子或離子的平均自由程變大,加速時間增長,動能變大,容易發生碰撞電離.
四 .尖端效應引起的危害及預防
尖端效應引起的危害尖端效應的危害主要是由尖端放電引起火災爆炸,妨礙生產及引起人體電擊等事故。由於火花型尖端放電的放電能量較大,因此很容易引起易燃易爆混合物的燃燒和爆炸,造成重大人身傷亡和財產損失.這方面的事故案倒很多.持別是在石油,化工,橡膠等行業,已經成為嚴重的危害之一。
1987年10月29日.浙江省椒江市石油公司油庫發生了一起油罐火災爆炸事故.油庫的3號罐建成後?進行過兩次改造.改造後,在靠近量油孔,離罐壁處遺留下一根鋼管懸掛在罐內另外,在泡沫發生器上綁有兩根下運約2的舔絲繩;同時,在第二圈鋼扳內壁下部.殘留有長几十至100多毫米不等的條狀金屬突出物逸些鋼管,鋼絲繩和條狀金屬突出物都是與罐物相連的導體尖端經分析,這些部位的靜電尖端放電產生火花引燃爆炸性混合物,是導致這次事故的主要原因之一。
1986年5月-9日,吉林省遼源市裝幀材料廠漆布車問生產膠科的反應釜筵然發生爆炸,事後分折認為也是一起尖端放電引燃的事故.當天.操作工身穿化纖表服,持續而快速地同釜中投放硝酸腔片,人體上積累了較多靜電.加之是在絕緣的橡膠地板上操作,靜電荷無法向大地泄漏,所以人體靜電越積越多當一名工人向這個接地良好的反應釜入孔投料,手指接近罐口時,突然發生人體對釜體的尖端放電.放電止花引起乙醇,醋酸乙酯汽體燃爆
尖端放電的原因是因為尖端的電場強度大，而不是該處累積電荷會比較多造成的。 然而事實上，尖端累積的電荷會比平滑的一端來得少。
電位 V ≈ Q/r 金屬表面等電位 因此曲率半徑小處 電荷數比較小
但是電荷密度是 Q/(r*r) ≈ V/ r 因此曲率半徑越小處 電荷密度愈高
尖端處 電荷密度比較高 因此電場比較強
但是 電荷數 = 電荷密度 * 面積
因為尖端處面積更小 因此電荷數並非比較多
電鍍尖端效應
當電鍍工藝控制不嚴，容易使產品的尖端或邊緣產生鍍層加厚、毛刺、或者燒焦等現象；尖端效應對電鍍是不利的，會造成局部鍍層變厚，影響電鍍效果，嚴重時造成鍍件燒焦。