物体所带的静电，在没有其他来源供给时，其原有的静电总是要逐渐消散的。静电的消散主要是通过两种途径，即放电和泄漏。
1.静电放电
静电放电是静电中和的主要方式，下面首先就气体放电的一般规律性进行讨论。
（1）气体放电的物理过程 在通常状态下，空气在宇宙射线和地层放射性物质的作用下，只有少量的带电粒子存在，因此，空气是良好的绝缘体。当加有外电场时，空气中的带电粒子就沿电场方向或沿电场的反方向运动，这些带电粒子在运动过程中其动能不断增大，其动能 w 为w =12mv2=qed
式中 m———带电粒子的质量；
v———带电粒子的运动速度；
q———带电粒子的电荷量；
e———外电场的电场强度；
d———运动距离。各种带电粒子在电场中运动时，会发生相互碰撞。如果的动能超过原子的电离能，碰撞后使中性原子的外层电子克服原子的吸引力而成为自由电子，从而原来的中性原子可以同其他中性原子继续发生碰撞，结果又产生新的电子和正离子。这些电子很容易吸附在氧、水汽，特别是含有卤族元素的气体如 sf6 等原子上形成负离子。而这些新生成的负离子与正离子相遇时又能相互中和还原为原子或分子，这种过程即为通常所说的复合。由此看来在电场作用下，空气中的带电粒子是处在不断产生及复合的过程中。如果产生速度极大地超过复合速度，则自由电子和正离子就像雪崩一样急剧地增加，即所谓的电子雪崩。当发生电子雪崩时，两极间的电流强度可增加数万倍。这种强大的电流不再是由于外面进入气体内的电子运动的结果，而是由气体本身雪崩过程中所产生的大量电子和其他带电质点运动而引起的，因此，这种放电过程通常被称为自激导电。这时空气实际上已变成导体，通常称为击穿。
实验 结 果 表 明， 在 均 匀 电 场 中， 在 气 压 为 1atm（101325pa），温度为 20℃ ，两极间距离大于 0.1cm 的条件下，空气击穿电压由下式给出ui=30d +1.35kv
式中 u
i———空气击穿电压，kv；
d———电极间距离，cm。
（2）气体放电的伏安特性 气体放电的伏安特性曲线如图 1所示。
当两极间电压低于某一数值 u1 时，气体中的电流随电压的增加而增加 （曲线上的oa段），这是由于两极间电压越高，极间场强也越强，因而单位时间里达到极面的电子和离子的数目也越多的结果。当电压升高到 u1 和 u2 之间时，气体中的电流基本保持不变（曲线上的 ab 段），这是由于电极间空气中电子和离子在极短时间内就已全部达到电极的缘故。当电压升高超过 u2 时 （曲线上的 b 点）电流急剧增加，这时由于碰撞电离而形成了火花放电。这时 b 点所对应的电压称为击穿电压。
（3）影响气体放电的因素
① 电极的形状和极性对击穿电压的影响。图 6-18及图 6-19所示为不同形状电极对击穿电压的影响。图 2及图 3分别给出了 30°锥尖电极和端部为半圆形的棒状电极对平板电极的放电曲线。比较两图很容易发现，电极末端的曲率半径越小，其击穿场强越低，即越容易放电。从图中还可以看出，同样电极当棒带正电时，击穿电压较低。理由是由于当棒带正电时，由于电子比阳离子轻得多，因而其流动也比阳离子快得多，所以阳极附近因电晕产生的电子迅速向阳极移动（见图4），而阳离子是以较慢的速度向外扩散， 后形成了树枝状的阳离子流，向阴极延伸，这样就等效于缩短了两极间的距离，因而使击穿容易发生。如果棒状电极带负电，尖端附近因电晕产生的电子会很快地向远离负极的方向流散；正离子却不容易很快地吸向负电极而中和，这样就可能影响电晕放电的发
图2 30°锥尖电极对平板
电极的放电曲线
图3 2m m半圆形棒状电极对平板电极的放电曲线
图2给出了30°锥尖电极分别带有正电和负电时对平板电极的放电曲线，从图中可明显看出，当棒状电极带负电时其击穿电压显著升高。
②气体的状态对放电的影响。当气体的压强降低或温度升高时，由于分子密度降低，因而电子的平均自由程变大，电子动能变大，相应地使得电晕放电和击穿电压都有所降低。例如，当海拔每升高1000m，其放电电压大约下降10%左右；在高压下，例如在压缩空气中，电子的平均自由程较小，因此间隙的击穿放电电压升高。
图4极性对放电的影响
实验结果指出，在低于10个标准大气压时，击穿电压几乎随大气压线性增加。图5给出了甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷、氮气这六种气体击穿电压随气压的变化而变化的曲线。
图 5 甲烷等气体击穿电压变化曲线右图中丁烷的曲线因光照变成和甲烷曲线重合1—甲烷；2—乙烷；3—丙烷；4—丁烷；5—异丁烷；6—氮气
③ 湿度的影响。当湿度增加时，电子与水汽碰撞后，可形成不易运动的惯性较大的负离子，因而可使击穿电压升高。
④ 电压作用时间的影响。气体的击穿放电，不仅需要足够的场强，还需要一定的电压作用时间。如果外加电压持续时间很短，则放电电压就要增高。
（4）放电的类型 静电放电实际上是电压较高、能量较小、在常温常压下的绝缘介质被击穿的过程，下面重点论述气体放电的类型。
① 均匀电场放电。静电放电可按放电电场的不同分为均匀电场放电和非均匀电场放电两种形式，辉光放电和弧光放电是均匀电场中气体放电的典型形式。在均匀电场放电中，将重点讨论辉光放电和弧光放电。
在很低的大气压下， 例 如 约 1mmhg （1mmhg =133.322pa） 时，能观察到气体辉光放电的现象。方法是：在一长玻璃管两端装上两个电极 （见图 6），电极上加上几百伏特的电位差，就很容易观察到这种放电。在通过管中的电流作用下，气体在放电中能发出辉光，因此称为辉光放电。气体在管中放电可分为如下几个光区：阴极附近的弱光区———第一暗区；其次是阴电辉光区（简称阴电辉区）；再次是第二弱光区———第二暗区 （法拉第暗区）； 后是强阳电辉光区 （简称阳电辉区）。阳电辉区占管子的大部分。
图 6 辉光放电
沿放电管的电位降落不是沿管均匀发生的。绝大部分电位降落发生在第一暗区———这是所谓的阴极电位降落（见图 7）；以后沿着整个管子的电位降落都十分微小（约为 1 ～2v /cm）。而且仅在阳极附近才又观察到新的电位跃变———阳极电位降落。
阴极电位降落的大小主要取决于阴极的材料和气体的性质。在电流密度小的情形下，阴电辉仅覆盖着阴极表面的一部分。在此情形下，阴极电位降落的大小与电流强度和气体的压强几乎没有关系；这时，这个阴极电位降落的值，叫做正常阴极位降。对于不同的阴极材料和不同的气体，正常阴极电位降的值详见表 1 所列。当电流强度增加时（例如可通过减少外电路电阻来实现），为辉光所覆盖的阴极面积也正比地增加，所以这时阴极表面的电流密度保持不变。当整个阴极全部为辉光所覆盖之后，电流继续增加时阴极电位降也随着增加。由此可见，欧姆定律完全不能应用于辉光放电。在强电流 的 情 况 下，阴 极 发热，这时甚至能够观察到所谓下降的特性曲线：电极上的电位差随着通过管子的电流强度的增加而减小。为了使放电开始 （点燃管子），电位管必须稍大于阴极位降。
图7沿放电管的电位降落
表1正常阴极电位降单位：v
综上所述，管子里所发生的具体过程如下：将足够的电位差加到电极上时，管子里产生电场，电场将使原来存在于气体中的（即使是很少量的） 自由电子和离子被加速。被加速的电子在运动过程中使气体原子发生碰撞电离而产生新的离子，致使电流激烈地增大。接着阴极电位降落起着极其重要的作
用，阴极电位降落是集中在几乎与电子自由程同数量级的这一小空间里。电子在这里得到足以使其碰撞是非弹性碰撞的能量。在这同一区域里，正离子沿着指向阴极的方向被加速，这些正离子与阴极相撞时从阴极表面击出新的电子，这些新电子的出现，又大大地增强了气体的导电性。
在阴电辉区里，电子浓度与正离子浓度相同。但由于电子的迁移率较大，所以气体的导电性能几乎完全是通过电子完成的。阴电辉区中的电离浓度可以提高，例如在压强为 0.05mm汞柱的水银蒸发中放电时，单位体积内 （1cm3） 电子的数目能够达到 1013。因为在这时单位体积内（1cm3） 汞原子数为2 ×1015，即约有 1/200的汞原子被电离了。
弧光放电是均匀电场下气体放电的另一典型形式。将在大气压下的两个通电电极 （ 常用的是碳电极）接触后立即分开，两极间即可产生弧光放电。放电时两碳极在 30 ～ 40v 的电压下燃烧，电流强度可高达几十安培，两个电极在放电过程中温度可高达几千摄氏度。在大气压强下阳极温度更高，以致在阳极上形成一个凹陷的坑。经进一步研究后发现，弧光放电
图 8 弧光放电的
伏-安特性曲线
所必需的是，在阴极上只要有炽热的一点作为电子源即可，而阳极甚至可以是冷的。
弧光放电具有如图 8 所示的伏-安特性曲线，即电流增加时 （减小外电阻） 电极间的电位差随着减小。
② 非均匀电场放电。除上面讨论的均匀电场放电形式外，非均匀电场中气体放电也是非常重要的，静电放电通常是在非均匀电场中进行的，非均匀电场中的静电放电通常包括如下三种类型。
电晕放电。所谓电晕放电是属于自激放电的一种。它是在较大压强下，通常是在大气压强下发生的，这时由于两个电极（或其中一个） 的表面曲率半径很小，放电间隙中的电场是很不均匀的。气体的电离和发光是在电极附近很窄的一层内发生的；在气体的其他部分导电性是由于两种符号的离子运动的结果。有时电晕放电还伴有嘶嘶声，在黑暗的条件下还可观察到淡紫色的光。
刷形放电。刷形放电是火花放电的一种。其放电通道有很多分支，而不是集中在一点；放电时伴有声光。由于绝缘体束缚电荷的能力很强，其表面容易出现刷形放电。同一带电绝缘体与其他物体之间，有时可发生多次刷形放电。
火花放电。这里所说的火花放电是指放电通道集中的火花放电，即电极上有明显放电集中点的火花放电。火花放电时有短促的爆裂声和明亮的闪光。在易燃易爆场所，火花放电具有很大的危险性。上述非均匀电场静电放电的三种形式如图9所示。
图 9 非均匀电场静电放电的一般形式
2.静电泄漏
带电体的电荷除可通过放电而消散外，另一消散的方式就是静电泄漏。
（1）静电泄漏的规律性 绝缘体上静电的泄漏一般地说，有两条途径，一条是通过绝缘体表面，另一条则是通过绝缘体内部进行泄漏。但这两种泄漏分别取决于绝缘体的表面电阻和体积电阻。静电通过绝缘体本身的泄漏与器的放电规律相似，即任一时刻绝缘体上的电量符合下面的规律
q =q0e-tτ
式中 q0———泄漏前的电量；
τ———泄漏时间常数。
（2）影响静电泄漏的因素 湿度的影响：吸湿性越大的绝缘体，对静电泄漏的影响也越大。这是由于随着湿度的增加，绝缘体表面凝结成很薄的水膜，在水膜中溶入了空气中的二氧化碳，有时还能溶入绝缘体所析出的电解质，使绝缘体表面电阻大为降低，从而加速静电的泄漏。
扫码加我微信
