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静电原理一文通

引言:

最近被静电搞得有点烦,特别是冬天,一摸到东西就害怕被电到。作为一个肤质敏感的人,每次静电都吓得我一跳,而且抖音现在很火的一种虐狗挑战---情侣静电挑战,,那么静电究竟是什么,让我们从理论上来解释这种现象。

1. 什么是静电

静电(Electrostatic):就是物体表面过剩和不足的静止电荷,静电是一种电能,它留存与物体表面;静电是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果;静电是通过电子和离子的转移而形成的。

静电放电(Electro-Static discharge)简称ESD,是带有不同静电电势的物体或表面之间的静电电荷转移。电势增加到足以击穿空气后,就会出现静电放电

2. 静电是如何产生的

静电产生的方式很多,接触、摩擦、冲流、冷冻、电解、压电、温差等都可以产生静电。但基本过程可归纳为:接触--》电荷转移 --》偶电层的形成 --》电荷分离。

首先,每个物体最初都是正负电荷平衡的一个状态,即本身不带电荷。每个人或者物体都有电子和正电荷。

当两个不带电物体接触后,电子之间会进行移动,形成共享电子。而在此刻,两个物体形成一个整体,这个整体仍然是不带电荷的。

再深的感情总有分离的时候,但长时间共用电子,让电子忘记了原来位置,于是对电子吸引力大的就得到了更多的电子,吸引力小的失去更多电子。便有了两个物体均带有电荷,且电势相反。

当两个不同电量物体逐渐接近时,根据电场公式:电量一定,距离减少时,电压增加,增加到足以击穿空气时,一般空气击穿电压为3KV/mm,电压高于此电压后,就会产生静电放电。放电时两放电体之间的空气被击穿,形成火花通道,与此同时还伴随着噼啪的爆裂声。爆裂声是由火花通道内空气温度的急骤上升,形成气压冲击造成的。

3. 静电放电的影响

为了更直观感受静电的危害,会对静电产生的能量进行量化。下面这幅图即是对静电放电量化的直观感受。

另外,静电产生还跟温度和湿度密切相关,这也就是为什么我们经常在冬天经常被电,夏天没有静电的原因下面这幅图更能直观感受到差异。

直观感受到静电的电压,那么这么高的电压会有什么影响呢?

1. 直观感受就是在冬天对金属类东西,例如门把手、金属椅子,金属家具望而却步。这主要是金属更容易导电,也就是说更容易释放电荷,当人体本身带电时,接触金属瞬间会发生电荷转移,击穿空气产生静电。

2. 对电子设备影响:电子设备内部芯片对静电很敏感的,一般芯片只能防护到2KV,再大的静电电压会导致芯片损坏,导致设备工作异常。

4. 怎么对静电进行防护

1. 冬季人体防护

冬季温度低,湿度小,加上穿的外套材质很容易产生静电,针对此类情况,有些商家售卖静电手环,就是通过导电材料,将身体的静电更容易从手环导出。但是手环没有接地,静电是无法中和的,且当你手环没有释放途径到大地时,其他部位接触到金属也会有静电的。这个类似于你在手上握一个导体,让金属放电效果一样。或者大腿上绑一个铁链到大地,随时把电荷释放出去。

2. 电子器件防护

上面讲到芯片大都只能防护4KV静电,但是冬天我们使用手机时,很少有静电损伤手机例子,这是为什么呢?现在电子产品设计时都会考虑静电防护措施,基本从“堵”和“疏”两部分来防静电。堵:顾名思义,就是让静电进不去,无法干扰到电子设备内部芯片,或者进去以后静电损耗变大,到芯片的能量大大降低。疏,即电子设备有电荷后及时导入大地,不会进入主板上损坏芯片。现在手机行业标准是,空气放电12KV,不允许有静电损伤。因此电子产品因静电损坏问题很少。

后续会详细介绍电子产品设计的静电防护措,TVS选型与应用,以及项目中遇到静电案例,敬请关注点赞

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