静电物理实验（精选4篇）
静电物理实验 篇1
0 引言
粉体在输运过程中会产生大量静电荷,由此诱发产生静电释放点燃粉尘、导致粉尘爆炸事故屡屡不断。因此,不少机构纷纷投入大量人力、物力和财力进行粉体静电学的研究[1,2,3]。输运粉体过程中都将配置设备管道,由于粉体与管道的不断摩擦,导致静电荷积聚,而且管道内比较容易形成临近爆炸极限浓度的粉尘云。若管道内积聚的静电荷发生静电放电,极有可能会产生粉尘颗粒的着火,甚至可能引起粉尘爆燃、爆炸、爆轰[4,5,6]。故本文以粉尘与管材摩擦的漏电电流测试和静电放电火花对粉尘云点燃敏感性测试两部分,来研究混合兽药粉在输运管道中的静电特性。
1 静电漏电电流平台设计及样粉结构
本实验针对医药行业兽药粉体工艺过程,模拟兽药粉与实验管材摩擦起电的平台,粉尘摩擦起电与速度、摩擦材料等有关[8],参考相关文献,实验测试平台设计如图1[8]所示。
1-绝缘取料器;2-防静电漏斗;3-测试管材;4-角度调试旋钮;5-固定支撑架;6-角度测量仪;7-绝缘收料箱;8-微电流表
2 单一兽药粉实验结果与分析
2. 1 不同管径粉尘摩擦静电漏电电流测试
兽药粉( 扶本康) 不同管径粉尘摩擦静电漏电电流测试结果如图2、图3 所示。
兽药粉( 特可新) 不同管径粉尘摩擦静电漏电电流测试结果如图4、图5 所示。
结果分析: 在同等条件下,40 mm管径比20 mm管径的静电漏电电流大。当兽药粉通过定量漏斗流出的量足够时,随着管径的变大,粉尘与测试管材内壁的接触面积也随之增大,故产生的静电电荷量也增多,导致漏电电流变大; 静电荷量变化受摩擦力作用程度和粉体粒子下滑速度两方面控制,但是随着倾斜角度的不断增大,摩擦力减小导致静电荷量减少的影响程度大大超过下滑速度,所以会导致变化幅度的减小。
2. 2 不同管长粉尘摩擦静电漏电电流测试
兽药粉( 扶本康) 不同管长粉尘摩擦静电漏电电流实验结果如图6、图7 所示。
兽药粉( 特可新) 不同管长粉尘摩擦静电漏电电流实验结果如图8、图9。
结果分析: 兽药粉与管道摩擦的漏电电流都随着测试管道长度的增加而增大,因为输运管道下滑长度越大,则粉尘颗粒与管道的摩擦路径越长,在输运下滑过程中静电荷量就会不断积聚,但是在下滑的同时也增加了粉尘在管道内运动时间,这样会导致在下滑过程中逸散的静电荷量也有所增加,静电荷量产生量大于逸散电荷量,最终导致静电荷量的积聚,漏电电流体现为增大状态。
2. 3 不同管材的粉尘摩擦静电漏电电流测试
兽药粉( 扶本康) 不同管材粉尘摩擦静电漏电电流实验结果如图10、图11 所示。
兽药粉( 特可新) 不同管材粉尘摩擦静电漏电电流实验结果如图12、图13 所示。
结果分析: 镀锌铁管的漏电电流明显大于PVC管材,所以镀锌铁管管壁上容易实现静电电荷量的逸散,不利于电荷的积聚,所以在输运管道或除尘管道架空时,镀锌铁管的静电电流比PVC大,释放将更快。
2. 4 倾斜角度对粉尘摩擦静电漏电电流的影响
随着管材倾斜角度的逐渐增大,静电漏电电流先增大后降低,最大漏电电流主要集中出现在45° ~ 60°之间,当管材倾斜角度比较小时,摩擦力较大,利于电子的转移,所以此时粉体摩擦力对结果起到主导作用; 随着倾斜角度变大,粉体粒子下滑速度较大,下滑速度增大产生电荷的速度增快,所以在摩擦力程度和下滑速度综合作用下,静电荷在测试管壁积聚量上随着管材倾斜角的增大而增大,故漏电电流也随之增大; 当管材倾斜角度比较大时,兽药粉与管材之间摩擦较弱,使得静电电荷量逐渐变少。
2. 5 不同粉尘对粉尘摩擦静电漏电电流的影响
上述实验在其他条件相同的情况下,漏电电流的变化幅度扶本康粉是特可新粉的2 ~ 3 倍,甚至更高,所以在输运、除尘过程中应注意管道的选材,应尽量选取管壁静电荷易逸散的材料,必要时可添加辅助措施,防止静电电荷的积聚。
3 混合兽药粉( 扶本康∶特可新= 1 ∶1) 实验结果与分析
混合兽药粉通过上述实验平台测得静电漏电电流的结果: 混合兽药粉的漏电电流随着测试管材的管径、管长的增大而增大,与单一兽药粉的结果趋势是一致的,但是漏电电流的数值不是简单的平均值,实验结果受到扶本康的影响较大; 同样关于管材和倾斜角的影响,结果的趋势和单一兽药粉的一致,扶本康起主导作用; 由于扶本康的颗粒物之间的黏性较特可新小,当两者按1∶1 混合后,有助于颗粒与测试管壁之间的摩擦、碰撞,所以混合兽药粉的测试结果受扶本康影响较大,但是比单一的扶本康测试结果要偏小。
4 静电放电火花对粉尘云点燃敏感性测试
4. 1 粉尘云点燃敏感浓度测试
兽药粉的工艺过程中会出现大量不同粉尘云浓度的状态,在不同的粉尘云浓度下,所需要点燃该粉尘云的静电放电火花能量是不相同的,实验在设定不同粉尘云浓度的条件下测试单一和混合兽药粉粉尘云的最小放电火花能量,测试数据结果如图14 ~ 16 所示。
4. 2 粉尘云点燃敏感浓度测试结果与分析
测试结果表明: 单一和混合兽药粉的粉尘云最小点燃能量随质量浓度的变化,呈现二次曲线的变化趋势,两者的敏感浓度同为500 g/m3时,其放电火花最小点燃能量分别为200 m J和70m J; 混合兽药粉的敏感浓度为700 g/m3时,其粉尘云的放电火花最小点燃能量为200 m J。
对于出现上述实验结果的主要影响因素为粉尘浓度和氧气浓度。混合兽药粉尘云的放电火花最小点燃能量200 m J。混合后两者颗粒之间在喷粉过程中发生碰撞、摩擦发生改变,影响彼此间的粉尘云状态时的颗粒间的分散度,局部甚至出现两种颗粒物的吸附现象,所以敏感浓度发生变大的现象; 由于本身扶本康的点火能量就高,所以在混合系中测定最小点燃能量时扶本康占主导作用,故混合兽药粉的粉尘云的放电火花最小点燃能量增大。
5 药粉加工工艺分析及静电防护对策
兽药粉在输运工艺过程中,在重力或气流的作用下,粉尘颗粒之间或颗粒与高速气流、设备、管壁之间不断发生碰撞、摩擦现象,导致装置内部静电荷量积聚,极可能激发静电放电,从而导致粉尘燃烧或爆炸事故的发生[9,10]。为防止粉尘爆炸事故的发生,对相关加工工艺中设施设备和管道必须添加静电导除装置,在重点区域可加设静电报警装置,如果静电荷积聚量超过设定值,报警器予以报警提示,在过程安全工艺管理过程中,因此,设计、安装及使用静电导除装置,对静电量加以监测控制,是确保静电防护安全可靠途径及方法。
6 结论
1) 通过兽药粉与管材摩擦的测试实验,单一兽药粉的静电漏电电流随着管材管径的增大,管长的增长,静电漏电电流逐渐变大; 随着倾斜角的增大,静电漏电电流先增大后降低。
2) 混合药粉的漏电电流随着管材管径、管长的增大而增大,与单一兽药粉的测试结果趋势是一致的,但是漏电电流的数值不是简单的平均值,测试结果受到扶本康的影响较大; 同样关于管材和倾斜角的影响,测试结果趋势和单一兽药粉的一致,扶本康起主导作用。
3) 通过对粉尘云点燃敏感性测试实验,单一和混合兽药粉的粉尘云放电火花最小点燃能量随质量浓度的变化,呈现二次曲线的变化趋势,即最小点火能随质量浓度先减小后增大。
摘要：兽药制药粉尘加工工艺过程中,由于粉尘颗粒之间或颗粒与设备、管壁之间的碰撞、摩擦,导致装置内部静电荷量积聚,激发静电放电,粉尘燃烧或爆炸的事故频发。实验主要通过包括粉尘与管材摩擦的漏电电流测试和静电放电火花对粉尘云点燃敏感性测试两部分。结果表明:单一药物药粉的静电漏电电流随着管材管径的增大,管长的增长,静电漏电电流逐渐变大;随着倾斜角的增大,静电漏电电流先增大后降低;镀锌铁管的漏电电流大于PVC管,电荷逸散速度更快。单一兽药粉的粉尘云放电火花最小点燃能量随质量浓度的变化,呈现二次曲线的变化趋势。混合兽药粉与单一兽药粉的漏电电流和粉尘云放电火花最小点燃能量的测试结果的变化趋势是一致的。
关键词：粉尘,静电放电,静电漏电电流,最小点火能量
参考文献
[1]钟杰.静电火花试验系统及其静电点火能量计算方法研究[D].重庆:重庆大学,2014.
[2]Glor M.Electrostatic ignition hazards in the process industry[J].Journal of Electrostatics,2005,63:447-453.
[3]Jilin Han,Hiroshi Yamashita,Naoki Hayashi.Numerical study on the spark ignition characteristics of hydrogen-air mixture using detailed chemical kinetics[J].International Journal of Hydrogen Energy,2011,36(15):9286-9297.
[4]范小猛.典型工业防爆场所静电定量检测与危害评价刘宝兰[D].广州:华南理工大学,2014.
[5]李刚,刘晓燕,钟圣俊,等.粮食伴生粉尘最低着火温度的实验研究[J].东北大学学报(自然科学版),2005,26(2):145-147.LI Gang,LIU Xiaoyan,ZHONG Shengjun,et al.Experimental investigation on minimum ignition temperature of dust concomitant with grain[J].Journal of Northeastern University(Natural Science),2005,26(2):145-147.
[6]张小良.医药行业Cs Hs KN05(克拉维酸钾)混合粉尘在输运管道内爆炸特性的研究[D].上海:东华大学,2011.
[7]Guru,B.S.Electromagnetic Field Theory Fundamental,Second Edition[M].北京:机械工业出版社,2005:150-151.
[8]董怡为,孙小娟,张大成.棉种摩擦带电特性的测定[J].农机化研究,2008,(11):173-175.DONG Yiwei,SUN Xiaojuan,ZHANG Dacheng.Determination of the triboelectrification property of cotton seed[J].Journal of Agricultural Mechanization Research,2008,(11):173-175.
[9]潘峰,马超,曹卫国,等.玉米淀粉粉尘爆炸危险性研究[J].中国安全科学学报,2011,21(7):46-51.PANG Feng,MA Chao,CAO Weiguo,et al.Research on explosion risk of corn starch dust[J].China Safety Science Journal,2011,21(7):46-51.
[10]苑春苗,王丽茸,陈宝智,等.1.2LHarttman管式与20L球型爆炸测试装置爆炸猛度实验研究[J].中国安全生产科学技术,2008,4(1):108-111.YUAN Chunmiao,WANG Lirong,CHEN Baozhi,et al.Experimental study on the violence of dust explosion with the20 litre sphere and with the12L Harttman tube[J].Journal of Safety Science and Technology,2008,4(1):108-111.
静电物理实验 篇2
我们先把一张纸撕碎，再用一支木头笔把纸粘起来，可是怎么样也粘不起来，碎纸屑好像根本不理我们似的，这是怎么回事呀?碎纸屑这么不听话，是想欺负我吗?然后，我又把笔在头发上使劲儿的摩擦，直到铅笔发热，才停了下来，然后我小心翼翼地把笔靠近碎纸屑，结果，碎纸屑还是不搭理我，静静地躺在桌子上。
这时，老师走了过来，告诉我，你拿塑料笔试试，我又把塑料笔在头发上来回摩擦，当塑料笔靠近碎纸屑时，神奇的事情发生了，碎纸屑像是喜欢上了塑料笔，一下子全部粘了起来。哈哈!我明白了木头不导电，只有塑料笔才能导电呀!
用废旧光盘改进静电实验 篇3
用皮毛摩擦过的光盘起电有如下特点：
1.起电而不易“跑电”。光盘本身绝缘性能良好，即使用手接触摩擦后的带电光盘也不跑电。实验表明，光盘摩擦起电做静电演示实验，达到了很好的教学效果。
2.光盘面积大，带电量多，如果用皮毛不遗漏地摩擦光盘的整个表面，光盘就近似为一个均匀的带电圆盘，离盘面较近的区域可视为匀强电场。
根据上述特点，我改进了若干静电实验。
静电屏蔽实验是对“处于静电平衡的导体，内部场强处处为零”最直观的验证。一般物理书上介绍的实验操作方法是：用带电的金属球靠近验电器，验电器的箔片张开；用金属网罩罩住验电器，让带电的金属球靠近，验电器的箔片不张开。
按照此方法做实验，实验现象不太明显。这是因为金属球不能带较多电量，再加上金属网罩的限制，验电器上的金属球与带电金属球不能靠得很近，因此验电器张角很小。
鉴于上述缺点，我对实验做了改进。如图一甲，取两个相同的演示验电器，靠近放在实验桌上，用皮毛摩擦过的光盘代替带电金属球从验电器的上方靠近验电器，两个验电器的箔片都张开，且张角很大。
按图一乙所示，用金属罩罩住左边的验电器，将光盘靠近，发现左边验电器的箔片不张开，右边验电器的箔片张开。最后用金属网罩罩住右边的验电器，重复实验，结果仍然是被罩的验电器的箔片不张开。
改进后的实验观象明显，可见度增大，操作方便，由单一的不同时对比变为同时对比，学生对实验的感性认识大大增强。
一、氖泡放电实验
1.器材
皮毛、光盘A、氖泡B（试电笔上的氖泡、电子氖泡）、铝质盒C（易拉罐、铝质饭盒均可）。
2.实验过程
如图二，将铝质盒C放在实验桌上，毛皮摩擦过的光盘A放在铝质盒C上，一只手捏住氖泡B的一个极，另一个极与铝质盒C接触。这时，氖泡闪亮，同时发出“啪”的放电声。氖泡B移离铝盒C，光盘A远离铝质盒C。将氖泡B接触铝质盒C，结果又发现氖泡闪光、发声。重复实验，则氖泡能反复闪光、发声。
二、滚动的易拉罐
将空易拉罐放在光滑的桌面上，然后用摩擦过的光盘靠近易拉罐，可以看到易拉罐随着光盘的移动而滚动。
该实验的原理是，由于易拉罐靠近带负电的光盘感应起电，易拉罐带上了正电，所以易拉罐随着光盘的移动而滚动。实验现象很形象地演示了感应起电现象。
三、转弯散开的水滴
在空的塑料瓶底端扎一个小孔，向塑料瓶中装满水，接着将它固定在实验台上，底端放一个盛水盆，即有一股线状水滴流入水盆中，用带电的光盘靠近水流附近，可以明显看到水流向光盘方向偏转，同时四处散开。
当带电的光盘靠近水流时，由于静电感应，线状的水流感应带上相反的电荷，水滴就向着带电光盘方向偏转和四处散开。
静电演示实验疑难探析 篇4
摘 要：本课题针对静电演示实验中存在的疑难问题进行探讨，总结得出实验成功的因素从而采取措施，达到实验成功的目的。
论文关键词： 静电； 摩擦起电； 仪器； 环境； 绝缘材料
静电演示实验是物理教师感到最难做的物理实验之一，有时在实验准备时能做成功，一上台就莫名其妙地不灵了。因此，一些老师很怕做静电演示实验，特别是在天气不好的阴雨天气。影响静电实验成败的因素颇多，仪器、材料、天气、操作、清洁等。讨论这些因素作用，对每一实验方法及仪器结构和原理解释，不能在具体的实验条件下发现问题的症结，这时采取有效措施使实验得以成功。
一、 静电仪器结构原理
要正确有效地使用仪器，使用者对仪器的结构、原理必须有正确的理解。现行课本中静电仪器主要是验电器。验电器的结构不复杂，原理也不难理解，但也有不少人对它缺乏真正理解。例如，在怀疑验电器漏电时，常常有人会将绝缘块垫在验电器的底座下面，以为电荷是从底座漏到地上了。实际上，这样做对防止验电器漏电是一点作用也没有的。这是因为验电器之所以能检验电荷是因为导电杆和可以转动的指针是连通的，当导电杆带电后，指针也会带同种性质的电荷。同种电荷之间相互排斥而使指针偏转一定的角度，从而反应出带电情况。验电器的漏电实际上是导电杆上的电荷漏至验电器的外壳，而外壳连底座是可以接地的，把底座和地绝缘开并不能阻止导电杆的电荷漏到外壳上来，则将极大地影响验电器的偏转。因为在静电平衡时，导体的电荷只分布于其外表面。在导电杆与外壳导通的情况下，导电杆、指针及外壳成为一个导体，而指针及导电杆的壳内部分处于整个导体内部，将得不到电荷，指针因此不会产生偏转，在验电器底座下加上绝缘座也只能完全是徒劳的。因此，防止这类验电器漏电的正确方法是设法保持导电杆和外壳之间的高度绝缘。
二、静电的特点及其所导致的漏电问题
静电即相对静止不动的电荷，通常指因不同物体之间相互摩擦而产生的在物体表面所带的正负电荷。
当一个物体带有一定量的正电荷或负电荷时，可以称其带静电，静电是一种相对的称谓。因为在许多情况下，静电经过一段时间会慢慢减少，这段时间的长段与物体的电阻有关。实际应用中的两个极端的.例子是塑料和金属，一般来说，塑料的电阻非常高，因此塑料能长时间保持静电，而金属的电阻低，接地的金属带电时间极短。静电通常用伏特表示，虽然220伏交流电源是危险的，但100kv的静电是很普通的。物体中的电压由两个因素决定：物体的带电量和物体的电容。可以用简单的关系式表示，即Q=CV,其中Q代表电量，V代表电压，C代表物体的电容。如果给定物体的电量，那么电容越低，则电压越高，反之亦然。塑料一般来说电容非常低，因此，很少的电量就可以产生很高的电压。相反，金属的电容非常高，因此较多的电量只产生较低的电压。教育论文这就是在实际应用中，使用塑料产生的静电问题更加令人重视的原因，高电压会吸引尘土，导致操作员受点击或导致物体现状改变。
静电的高电压、微电量使得静电电荷很容易漏，且常常是一漏就光。这种情况在天气潮湿时尤为突出，为什么会这样呢？人们自然会想到潮湿的空气绝缘性差，静电电荷自然容易通过暴露于空气中的带电部分而漏掉。这就使不少老师只有在空气干燥时才敢在课堂上做静电演示实验。实际上这是没有把握漏电的关键所致，因为常见的漏电实际上主要是由于材料的绝缘性能不好引起的。这里特别要指出的是，对于静电来说，在低压情况下我们熟悉的不少绝缘体，如硬纸板、干木棒、塑料电线甚至玻璃棒、橡胶棒都是不可靠的绝缘体。在空气潮湿、材料老化变性或表面不甚清洁时更是如此。课本中介绍的用丝绸摩擦玻璃棒和用毛皮摩擦橡胶棒的起电方法之所以效果不佳，原因不是用这些材料摩擦时不能起电，而是玻璃棒和橡胶棒不易保持住电荷。空气不够干燥时，通常被我们视为绝缘体的这些材料在静电（高压）条件下形同导体，漏电之快，出乎意料。这就是影响静电实验诸多因素中最致命的一个。
三、摩擦起电的方法
摩擦起电是课堂教学中最常用的使用方法，对它的微观处理，一般教材限于知识要求的程度只给出一个总的解释，即电是由于得失电子而带电。但对在摩擦过程中电子转移的物理解释，一些老师存在有误解，导致影响在实验中有效地使用这一方法。如有些人认为摩擦生热导致电子的转移，因而只有快速反复的摩擦才能起电。有经验的老师在不易起电时，往往易通过紧压摩擦，而不是压而紧地反复摩擦成功起电的，其中的道理就与起电机理有关。从物理过程的本质上讲，摩擦带电是一种接触带电，它是由于物体内的电子做功不同，相互紧密接触时，外层电子轨道相互重叠，导致物体的电子转移所致的。据此，相互摩擦的两种材料之间挤压得越紧，就越容易实现电子在两种材料之间的转移，而使之分别带电。
四、做好静电实验的关键
一般来说，提高静电实验的成功率，要把握以下几点：
1. 绝缘材料的选择和检验：通常有机玻璃、泡沫塑料、保鲜薄膜、石蜡块、尼龙丝等都是适宜做静电实验的绝缘材料。材料表面清洁和干燥的状况对绝缘性能有很大的影响，实验前应当对绝缘材料的性能进行检验。比较简单的检验方法是：取一只验电器（或验电羽）使其带电，手拿待测绝缘体的一端，让另一端接触验电器的导杆，如果验电器的指针（或张开的验电羽）不闭合，说明待测物的绝缘性能良好。否则，在实验前应对绝缘表面进行清洁和除湿处理。
2.选择有效的起电工具和起电方法：可用高压静电起动机起电，还可以用简易的方法起电-——摩擦起电和感应起电。
如果对带电量的要求不高，可以摩擦绝缘棒（如有机玻璃棒）使其带电，再将电荷传递给需带电物体。在传递电荷时，考虑到绝缘棒的电荷不是自由电荷，应当使带电棒在物体表面上移动，尽可能使带电棒的各部分表面与带电的物体接触，以传递较多的电荷。
3.注意操作要领：做静电实验必须时刻保持“绝缘意识”.例如，用导线把验电器与一带绝缘座的导体连接起来时，导线夹所夹位置尽可能离验电器的外壳，导线一定要架空，并尽可能远离桌面和其他与“地”相通的物体。又如，手持起电盘的绝缘柄时，应避免用手掌握棒，并且应远离金属板。
总之，在进行静电实验前，必须对仪器进行仔细检验，所有绝缘部分都必须采用绝缘性能良好的材料。这里特别值得一提的是使用石蜡可以起到良好的绝缘效果。因为石蜡不仅绝缘性能好，防潮性能更佳。使用时可将蜡熔化在物体部分表面，或用蜡块作为对地绝缘的垫块，使实验获得较好效果。
参考文献：
[1]许国梁 中学物理教学法（第二版），高等教育出版社 1993年5月 第2版。
[2]全日制普通高级中学教科书（第二册），人民教育出版社 6月 第1版。
[3]赵凯华 电磁学（第二版） 高等教育出版社，1985年6月 第2版。
[4]周锡忠 静电实验 上海科学技术出版社 1984年1月 第1版。