导体尖端放电现象及其应用

导体尖端放电现象及其应用

摘要：作为静电方面的重要现象，尖端放电已被人们认识很久，从静电屏蔽笼到如今的避雷针等，通过对它原理的逐步掌握，一方面人为的避免它给社会带去的损伤，另一方面将其运用到人们的日常生活中，为人类造福。

关键字：尖端放电静电屏蔽避雷针

引言：在中学阶段，通过“电风转筒”，“电风吹烛”等趣味物理实验的直观展现及教科书知识的学习，我对尖端放电现象有了初步的认识，也产生很大的兴趣。现在，由于大学对物理的进一步学习，我们可以更加科学的解释尖端放电的奥秘，揭开它的神秘面纱。

原理分析：在强电场作用下，物体表面曲率大的地方(如尖锐、细小物的顶端)，等电位面密，电场强度剧增，致使它附近的空气被电离而产生气体放电，此现象称电晕放电。尖端放电为电晕放电的一种，专指尖端附近空气电离而产生气体放电的现象。对于电风转筒，气体在高电压静电场的作用下产生电离，带正电的离子集体流向尖形电极的负极，带负电的离子集体流向尖形电极的正极，从而带动塑料圆筒旋转。而电风吹烛，在尖端附近强电场的作用下，空气中散存的带电粒子加速运动，并获得足够大的能量，以至它们和空气分子碰撞时，能使后者离解成电子和离子，这些新电子和离子与其它空气分子碰撞时，又能产生大量新的带电粒子。与尖端上电荷异号的带电粒子受尖端电荷的吸引，飞向尖端，使尖端上的电荷被中和掉；与尖端上电荷同号的带电粒子受到排斥而从尖端附近飞开，蜡烛火焰的偏斜就是受到这种离子流形成的“电风”吹动的结果。实验中，不断给导体充电，可防止尖端上的电荷因中和而逐渐消失，使“电风”持续一段。

应用：一般的电子打火装置如打火炉、打火机、沼气灯的点火装置，氩弧焊的钨极针，避雷针，还有工业烟囱除尘的装置等等都是运用了尖端放电的原理。

对于电子打火装置，主要运用的是尖端放电中的火花放电，在导体带电量较大电位较高时,尖端放电多为火花型放电。这种放电伴有强烈的发光和破坏声响,其电离区域由尖端扩展至接地体(或放电体),在两者之间形成放电通道。由于这种放电的能量较大,所以其引燃引爆及引起人体电击的危险性较大。而高大建筑物上安装的避雷针，是由于当带电云层靠近建筑物时，建筑物会感应上与云层相反的电荷，这些电荷会聚集到避雷针的尖端，达到一定的值后便开始放电，这样不停的将建筑物上的电荷中和掉，永远达不

到会使建筑物遭到损坏的强烈放电所需要的电荷。雷电的实质是2个带电体间的强烈的放电，在放电的过程中有巨大的能量放出。建筑物的另外一端与大地相连，与云层相同的电荷就流入大地。显然，要是避雷针起作用，必须保证尖端的尖锐和接地通路的良好，一个接地通路损坏的避雷针将使建筑物遭受更大的损失。

为了避免导体尖端放电所带来的危害，在日常生活中，人们将尖端放电知识与静电屏蔽知识结合起来，运用到工作生活及公共设施上，这也是对尖端放电的抽象运用。比如常见的均压服，在高压带电作业中，工人常常穿上用金属丝或导电纤维织成的均压服，这样可以对人体起屏蔽保护作用，避免人受到电击伤害；还有家喻户晓的鸟巢，运用的不是避雷针，而是避雷网。“鸟巢”的整个“钢筋铁骨”就是一个“笼式避雷网”。为了防止雷击对人体的伤害，场馆内人能触摸到的部位上，比如钢结构，都作了特殊处理，抵消了雷电对人的影响，绝对不会伤害到人；同时，“鸟巢”内几乎所有的设备都和避雷网连接，保证雷电来临的一瞬间，能顺利将巨大电流导入地下，保证了场馆自身、仪器设备和人身安全。

结论：想起中国的一句哲言“水能载舟亦能覆舟”，对于自然及各种物理现象，如果我们能准确把握它们的规律，并合理利用，运用，就会给人类的生活带来极大的便利，造福亘远。而若忽视它们或不合理的滥用，即使是不起眼的事情，亦会造成灭顶之灾。在日常生活中，尖端放电现象对于我们来说并不陌生，希望我们都会趋利避害，享受它带来的便利时，也要注意它的危害，避免灾难发生。

参考文献：

1.《大学基础物理学》.高等教育出版社;

2.赵健涛，中专物理教学

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