静电与生活
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一：课题背景
静电作为一种进场自然危害源, 给人类社会已经造成了重大损失和危害。随着科学技术的发展, 人类社会的进步, 高分子材料、微电子器件和电爆装置广泛应用于各个领域, 静电造成的危害日益受到人们的关注。静电放电不仅可以造成电爆装置和易燃、易爆气体意外的燃烧、爆炸, 而且可以使电子设备受到干扰, 造成意外事故。为此, 静电防护工程的研究已成为工业发达国家十分重视的一个领域。我国自改革开放以来, 对有关行业发生的静电危害进行了深入的调查研究分析, 开展了大量的研究工作。在静电防护理论与技术研究方面, 在静电防护设施和方静电产品研制、生产方面以及静电监测与静电安全与管理方面都取得了较大的进展。
二：研究结论
1、静电放电的特点 1.静电放电(ESD) 是指带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时, 因介质产生电离而使带电体上的静电荷部分或全部消失的现象。 2.静电放电可形成高电位、强场强、顺时大电流;3.静电放电过程会产生强烈的电磁辐射形成的电磁脉冲。过去人们在研究静电放电的危害时, 主要关心的是静电对于产生的诸如电流对点火工品、电子器件、电子产品及其他一些静电敏感系统的危害和静电放电的火花对易燃易爆气体、粉尘等的引燃、引爆问题, 忽视了静电放电的电磁脉冲效应。
2、静电放电的类型1.电晕放电2.火花放电当静电电位比较高的静电导体靠近接地导体或较大的导体时, 便会引发静电火花放电。在发生静电火花放电时, 静电能量瞬时集中释放, 其引燃、引爆能力较强。另外静电火花放电产生的放电电流及电磁脉冲具有较大的破坏力, 它可对一些敏感的电子器件和设备造成危害。 3.刷形放电 4.传播形刷形放电 5 .大型料仓内的粉堆放电 6.雷状放电 7.电磁辐射放电
3、静电危害形成的基本条件与静电理论 1.静电放电是一个随机过程, 在某一环境下能否发生静电放电, 如能发生静电放电, 能否对静电敏感物质造成损伤或引起燃烧爆炸等恶性事故, 这些问题涉及到许多因素, 于是难以定量作出鉴定。通过对静电危害事故现场分析研究和实验模拟验证, 可以确定构成静电危害的基本条件: 1.产生并积累起足够的静电, 形成了“危险静电源”, 以致局部电场强度达到或超过周围介质的击穿场强, 发生静电放电;2.危险静电源存在的场所由易燃易爆气体混合物并达到爆炸浓度极限, 或有火工品、火炸药之类的危险品, 或有静电敏感器件及电子装置等静电易爆、易损物质;
3 .危险静电源于静电易爆、易损物质之间能够形成能量耦合并且ESD 能量或大于前者最小点火能或静电敏感度; 4.静电监测理论与技术从形成静电危害的基本条件可以看出, 探测“危险静电源”、评价材料静电性能、测定点火工品和器件的静电敏感度是研究和实施静电防护工程的技术基础和前提条件。 5.近10 年来, 我国在静电监测理论与测试技术方面取得了突破性进展, 先后提出了“信号自屏蔽、电荷耦合”测试原理、真实静电感度测试方法、织物摩擦电位衰减测试方法和人体静电动态电位测试技术等一系列具有国际先进水平的监测理论与技术, 并建立了国防静电计量测试站。在此基础上, 综合运用国内外研究成果, 取得了一大批试验数据, 为静电防护工程的研究和实施提供了科学依据。 静电防护理论在静电防护研究中, 我国科技工作者, 吸收国内外最新研究成果, 突破经典静电学理论框架, 建立了点火工品静电发火数理模型, 首次提出了“静电危险场所”等级划分标准和分类防护措施。在研究静电起电、放电规律和形成静电危害基本条件的基础上, 提出预测静电危害的逻辑关系图和静电防护的一般原则与对策。依据形成静电危害的“三个基本条件”有了三条静电安全防护原则: 第一条是控制静电起电能量和电荷积累、防止危险静电源的形成; 第二条时使用静电感度底的物质。降低场所危险程度; 第三条时采用综合防护加固技术, 阻止ESD 能量耦合。遵照上述三条静电安全防护原则。为防止静电危害, 可采取如下对策: 1.控制静电起电率防止危险静电源的形成;2.增大电荷消散速率防止电荷积累; 3.采用抗静电火工品和元器件降低场所危险程度;4.控制气体混合物浓度防止爆炸事故发生; 5 .采用抗ESD 设计和防护加固技术提高电路抗电磁干扰能力。
4、静电放电模型的建立随着静电防护研究的进展, 人们先后建立了各种ESD 模型: 如人体模型、机器模型、带电器件模型、传输线脉冲模型、场感应模型、人体金属模型、ESD 家具模型等其他模型。
5、静电防护研究的发展趋势随着信息化、数字化时代的到来, 静电防护工程研究由原来重点研究静电放电引起燃烧爆炸之类灾害事故的防护, 逐渐转移为重点研究静电放电引发的电磁干扰防护。尤其是静电放电辐射场的理论建模、数值计算与仿真研究和静电放电磁脉冲效应研究, 是当前研究领域的热点和难点。
高二七班 物理课题研究兴趣小组
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