我國靜電科研概況

經典靜電學史與現代靜電技術 （續）

佛蘭克林發現尖端是最易“吸引”電。他在房頂上豎立一根尖杆來試驗空氣和雲的帶電極性和特徵。他能利用尖杆和萊頓瓶收集電荷。他的這個實驗使他得到了一個偶然的收穫, 他發現了尖杆接地後能防止雷擊。他還做了有名的風箏實驗。有人會認為他在雷雨天氣放風箏是很愚蠢的, 而事實上是他在1752年的一天做實驗時雷雨正要來臨。他在風箏上固定一根金屬線, 以便從雷雲中獲取更多的電, 雨淋濕了連結風箏的細線, 而這細線的一端連在萊頓瓶的一端,當雷雨來臨時, 萊頓瓶上不斷產生火花。他知道這種實驗的危險性, 並採取了合適的安全措施。他用絲綢線連結到放風箏的細線上, 用手拿著絲綢線而不是放風箏的線,並把萊頓瓶接在連接絲綢線的前端, 人必須站在室內使得絲綢線不被淋濕。可是一德國科學家Gerog Wilheh Richman(1711-1753)在做類似的實驗時被電死, 他的助手也被電暈。

John Clanton (1718-1772)受佛蘭克林研究工作的啟發, 在1753年發現了帶電體會使接近它的金屬體的電荷遷移。即未帶電的導體接近帶電體時,靠近帶電體這端帶的電荷與帶電體的電荷的極性相反，而另一端帶的電荷與帶電體的電荷的極性相同。

　　1775年伏特（Alessandro Volta，1745-1827，義大利物理學家）發明了靜電感應起電盤,他利用靜電感應起電盤能使導體產生很高電壓的靜電。

法拉第（Michael Faraday ，1791-1867, 英國人）是位偉大的實驗科學家之一。他的研究覆蓋了許多領域如化學、物理和電學。他引入了帶電體周圍電力線的概念。他的一個很有趣的實驗是法拉第籠實驗。 他坐在金屬籠內, 當籠外發生強大的靜電放電時,他並未感到任何電擊並且驗電器也無任何顯示。他的另一個重要實驗是法拉第桶(Faraday ice-pail)實驗，當一帶電體接觸金屬桶的內壁時, 電荷會轉移到桶的外表面,這種現象的發生與桶外是否存在電荷無關。

　　最早提出電力平方反比定律的是普利斯特利（Priestley ,1737-1804, 英國人）。普利斯特利的友好佛蘭克林曾觀察到放在金屬杯中的軟木小球完全不受金屬杯上電荷的影響, 他把這現象告訴了普利斯特利, 希望他重做此實驗。 1766年,普利斯特利做了佛蘭克林提出的實驗, 他使空腔金屬容器帶電, 發現其內表面沒有電荷, 而且金屬容器對放於其內部的電荷明顯地沒有作用力。他立刻想到這一現象與萬有引力的情況非常相似。因此他猜想電力與萬有引力有相同的規律, 即兩個電荷間的作用力應與他們之間距離的平方成反比。在1767年普利斯特利寫了一本《電的歷史和現狀》。

1769年, 愛丁堡的John Robison 首先用直接測量方法確定電力的定律, 他得到兩個同號電荷的排斥力與其距離的2.06次方成反比。他推斷正確的電力定律是平方反比律, 他的研究結果是多年之後(1801年)發表才為人所知。

1772年英國物理學家 Cavendish 遵循普利斯特利的思想以實驗驗證了電力平方反比定律。他將一個金屬球形容器固定在一絕緣支柱上。用玻璃棒將兩個金屬半球固定在鉸鏈於同一軸的兩個木制框架, 使這兩個半球構成與球形容器同心的絕緣導體球殼。用一根短導線連接球形容器和兩個半球, 利用一根系於短導線上的絲線來移動導線。Cavendish先用短導線使球形容器與兩半球相連。用萊頓瓶使兩半球帶電, 萊頓瓶的電位可事先測定, 隨後通過絲線將短導線抽去。再將兩半球移開, 並使之放電。然後用當時最準確的木髓球靜電計檢測球形容器上的帶電狀態。靜電計並未檢測到球形容器上有任何帶電的跡象。他用實驗和計算的方法得出電力與距離成反比的方次與2的差值不大於0.02。Cavendish的實驗得出的定量結果與十三年後(1785年) 庫侖（Charle Augustine de Coulomb，1736-1806）用扭秤直接測量所得的結果的準確度相當，但他的研究成果都沒有發表。是一百年後Maxwell整理 Cavendish的大量手稿時才將上述結果公諸於世的。

　　最為著名的是法國物理學家庫侖的研究工作。庫侖曾從事毛髮和金屬絲扭轉彈性的研究, 這導致他在1777年發明了後來被稱為庫侖秤的扭轉天平或扭秤。 1784年庫侖發表論文, 介紹他發現的扭轉力與線材直徑、長度、扭轉角度以及與線材物理特性有關的常數之間的關係，還介紹了用扭秤測量各種弱力的方法。同年，庫侖回應法國科學院有賞徵集研究船用羅盤，他的科學生涯開始從工程、建築轉向電、磁的研究。1785年庫侖設計製作了一台精確的扭秤, 用扭秤實驗證明了同號電荷的斥力遵從平方反比律,用振盪法證明異號電荷的吸引力也遵從平方反比定律。他的實驗誤差偏離平方為 4×10^－2 。庫侖的研究工作得到了普遍的承認, 而平方反比定律也就以庫侖的名字來命名了。

Luigi Galvani (1737-1798, Bologna 大學教授)發現了一種不用摩擦就能產生的電。他觀察到摩擦起電會使青蛙腿抽搐, 在青蛙身上試驗時抽搐得更利害。在1786年的一個颳風的一天, 當他用銅鉤懸掛青蛙置於窗外時, 他偶然發現只要風吹得青蛙觸及鐵柱時, 青蛙也抽搐, 他認為這種現象與把青蛙連到靜電起電機上的情形相似,但這時沒有靜電源存在。

4 .現代靜電技術的建立

在二十世紀初，靜電學也從從實驗和科學階段走向實際應用的階段。但是應用面較窄，僅在靜電除塵方面有些應用。雖然1824年 Hohlfeld 第一次演示了靜電收塵實驗。但1907年Frederik G. Cottrell才製造了世界上第一台實際應用的靜電除塵器用於捕集硫酸酸霧。靜電除塵器在控制酸霧排放的成功，迅速導致其在其他工業煙塵污染源中的應用。1922年Van de Graff發明了實用的靜電起電機。1923年Detroit Edison 公司安裝了第一台靜電除塵器。從此，靜電除塵、靜電噴塗、靜電分離、靜電複印等取得了一定的地位。為現代靜電技術的建立奠定了基礎。在二十世紀中期，隨著工業生產的高速發展以及高分子材料的迅速推廣應用, 一方面，一些電阻率很高的高分子材料如塑膠,橡膠等的製品的廣泛應用以及現代生產過程的高速化, 使得靜電能積累到很高的程度, 另一方面，靜電敏感材料的生產和使用, 如輕質油品, 火藥, 固態電子器件等, 工礦企業部門受靜電的危害也越來越突出, 靜電危害造成了相當嚴重的後果和損失。它曾使得它造成電子工業年損失達上百億美元，這還不包括潛在的損失。在航太工業，靜電放電造成火箭和衛星發射失敗，干擾航太飛行器的運行。在石化工業，美國從1960年到1975年由於靜電引起的火災爆炸事故達116起。1969年底在不到一個月的時間內荷蘭、挪威、英國三艘20萬噸超級油輪洗艙時產生的靜電引起相繼發生爆炸以後引起了世界科學家對靜電防護的關注。我國近年來在石化企業曾發生30多起較大的靜電事故, 其中損失達百萬元以上的有數起。例如上海某石化公司的2000米3 甲苯罐, 山東某石化公司的膠渣罐, 撫順某石化公司的航煤罐等都因靜電造成了嚴重火災爆炸事故。二次世界大戰後許多工業發達國家都建立了許多靜電科研機構從事靜電研究。

5.我國靜電科研概況

我國少數科研單位如從60年代末開始開展了一些靜電研究工作,但在文化革命期間中斷了，到70年代∼80年代國內有北京市勞動保護科學研究所、北京理工大學、石化總公司、復旦大學等開展了較為系統和深入的靜電研究工作特別是對石油靜電防護進行了大量而深入的研究。從80年代開始以來, 我國的靜電研究發展極為迅速。 1981年成立了中國物理學會靜電專業委員會並召開了第一次全國靜電學術會議,全國性的和各地方的靜電學術會議不斷召開，靜電研究和應用的範圍也越來越廣,科研隊伍不斷壯大, 靜電技術日益受到各級領導和全國科技工作者的重視，1988年、1990年和1993年在我國北京,1997年在上海分別舉辦了多次國際性的靜電學術會議。

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