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1、自然杂志29卷2期特约专稿3静电及其研究进展①②刘尚合宋学君①中国工程院院士,②副教授,军械工程学院静电与电磁防护研究所,石家庄0500033国家自然科学基金资助(批准号:60671044)关键词静电学静电放电人体静电静电危害本文综述了古代人对静电现象的观察、研究及静电学理论体系的形成,阐明了由传统意义上的静电到现代静电问题研究的发展,讨论了人体静电、静电放电及其电磁辐射相关联的以静电起电原理、静电放电模型、静电危害及防护、静电测试技术为主要研究内容的静电防护工程问题。研究了摩擦起电和两种不同金属接触都会使青蛙腿抽搐的现象之后,认为青蛙腿的抽搐不过是对电流
2、刺激的1历史的回顾与静电学的新生灵敏反应,而肌肉提供了一定的溶液。因此,电流产生人类对电磁现象的认识是从研究静电现象开始的。的先决条件是两种不同的金属插在一定的溶液中并构早在几千年以前,古希腊人就发现了琥珀经摩擦后会吸成回路。于是,他在1800年用锌板和铜板插入一瓶稀附线头、灰尘之类轻小物体。我国春秋战国时代的史料硫酸液中做成了人类的第一个电池。这种电池,后来人也有类似的记载。我国东汉时期王充所著《论衡》里有们叫做伏特电池。把几个伏特电池串起来,可以得到更“顿牟掇芥,磁石引针”(编者注:顿牟即为琥珀,掇,拾强的电流。从此,人们的兴趣由研究静电现象转向研究取
3、;芥:轻微细小之物)的记载,在西晋张华的《博物志》电流现象。1820年,安培和奥斯特发现了电流的磁效中有“:今人梳头,解著衣,有随梳解结,有光者,亦有咤应。1831年,法拉第发现了电磁感应定律。1865年,麦声”的记载,这些都说明,在中国古代,人们对静电现象克斯韦在全面总结前人研究成果的基础上,揭示了宏观已有认识。从16世纪起,人类对静电现象开始进行科电磁现象的基本规律,形成了人们今天熟悉的麦克斯韦学的观察与研究。其中最有名的一位是英国伊丽莎白方程组。女王的御医威廉·吉尔伯特,他在观察和研究大量静电至此,人类在研究和应用电磁规律方面取得了空前现象后,出版了
4、《论磁石》(DeMagnete)一书。在那本书的进展,而静电这个古老的课题却被人们长期搁置下里,吉尔伯特提到除了琥珀之外,钻石、蛋白石、蓝宝石来,几乎被人们遗忘了。和硫磺等10多种物质都具有吸引轻小物体的能力。他进入20世纪后,随着工业技术的发展,人们开始研将这类物质都冠以起源于琥珀的名称“埃莱克特里卡”。究静电技术的应用。与此同时,静电这个不速之客闯进英语中的“电(electricity)”一词是1646年左右出现的,了许多高速发展的工业部门,造成了人们难以预料的各当时它的含义就是“吸引轻小物体的力”。所以,英语中种障碍和事故。随着科学技术的发展,高分子
5、材料、微的“electricity”一词,就是来自古希腊语的琥珀一词。与电子技术和电爆装置的广泛应用,静电造成的危害已受此同时,在古代的中国,人们对大自然的静电放电现到世界各发达国家的普遍重视。古老的静电学又获得象———闪电和雷雨进行了研究。所以,汉字中繁体字的了新生。逐渐由经典的静电学发展成为静电工程学和“電”是由“雷”和“雨”组合演变而来的。还有一种说法静电防护工程学。认为在古代的中国,龙作为能呼风唤雨的神而受到人们以研究静电危害及其防护为主的静电防护工程学,的尊敬,古人认为电闪雷鸣是和龙联系在一起的。所是一门涉及到气体放电理论、材料科学和近代电测技术
6、以,有人认为“電”是由繁体字的“龍”字演变而来的。直等多学科知识的新兴学科,其理论与技术正处在发展和至18世纪中叶,人类才通过科学实验的方法,发现电荷完善阶段。这些理论和技术虽然建立在经典静电学的有正电荷与负电荷之分。1785年库仑通过实验证明了基础之上,但是单纯使用传统的静电学概念和理论,有静电学的基本定律———库仑定律。1799年,伏特在仔细时无法解决静电防护工程的实际问题。比如通常意义·63·InvitedSpecialPaperChineseJournalofNatureVol.29No.2上的导体与非导体和静电导体与静电非导体在概念和击穿场强时,
7、因介质产生电离而使带电体上的静电荷部量值划分方面有很大的差异;欧姆定律是经典物理学和分或全部消失的现象。电工学中的基础理论之一,但是在静电防护工程学中却通常我们把非故意,偶然产生的ESD称为ESD事不能简单地使用人们熟悉的欧姆定律去研究高压强静件。在实际情况中,产生ESD事件往往是物体上积累了电场中的物质导电问题;又如,在静电学中研究的对象一定的静电电荷,对地静电电位较高。带有静电电荷的主要是“相对观察者静止电荷激发的静电场”,或者说,物体通常被称为静电源,它在ESD过程中的作用是至关电荷处于相对稳定,仅仅考虑它周围的电场效应,其磁重要的。静电放电有以下特
8、点:场效应相比之下可以忽略不计,但是近代科学技术的发(1)静电放电
