尖端放电

强电场下，物体尖锐部分发生的放电现象

尖端放电是在强电场作用下，物体尖锐部分发生的一种放电现象。属于一种电晕放电。导体尖端的等势面层数特别多，尖端附近的电场特别强，就会发生尖端放电。

原理

强电场作用下，物体尖锐部分发生的一种放电现象称为尖端放电，它属于一种电晕放电。

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。故要观察尖端放电的现象，除了要有足够高的电压外，还必须有适当的形状配合，才容易做到。

特点介绍

1．在导体的带电量及其周围环境相同情况下,导体尖端越尖，尖端效应越明显。这是因为尖端越尖,曲率越大，面电荷密度越高,其附近场强也就越强。在同一导体上，与曲率小的部位相比，曲率大的部位就是尖端。因此，设备的边、棱、角相对于平滑表面，管道的喷嘴相对于管线，细导线相对于粗导线，人的手指相对于背部等等,前者都可认为是尖端，都容易产生尖端效应。而且,即使带电体没有尖端，而与之相邻近的接地导体具有尖端，它们之间也会产生尖端效应。此时，由于静电感应,在接地体的尖端处会感应出异性电荷，并容易与带电体之间发生放电。

2．尖端放电的形式主要有电晕放电和火花放电两种。在导体带电量较小而尖端又较尖时,尖端放电多为电晕型放电。这种放电只在尖端附近局部区域内进行，使这部分区域的空气电离,并伴有微弱的荧光和嘶嘶声。因放电能量较小，这种放电一般不会成为易燃易爆物品的引火源,但可引起其它危害。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。

3．火花型尖端放电随两极间距的减小而更易发生。这可由击穿电压随极间距离的减小而下降来说明。

4．尖端放电的发生还与周围环境情况有关。环境温度越高越容易放电。因为温度越高，电子和离子的动能越大,就更容易发生电离。另外，环境湿度越低越容易放电。因为湿度高时空气中水分子增多,电子与水分子碰撞机会增多，碰后形成活动能力很差的负离子,使碰撞能量减弱。再者，气压越低越容易放电。因为气压越低气体分子间距越大，电子或离子的平均自由程越大,加速时间越长，动能越大,更容易发生碰撞电离。

应用

一般的电子打火装置，避雷针，还有工业烟囱除尘的装置都是运用了尖端放电的原理。

高大建筑物上都会安装避雷针，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，要使避雷针起作用，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。

主要影响

通常情况下，空气是不导电的，但是如果电场特别强，空气分子中的正负电荷受到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电离。由于电离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了，空气电离后产生的负电荷就是负离子，失去电子的电荷带正电，叫做正离子。

导体表面有电荷堆积时，电荷密度与导体表面的形状有关。在凹的部位电荷密度接近零，在平缓的部位小，在尖的部位最大。当电荷密度达到一定的量值后，电荷产生的电场会很大，以至于把空气击穿（电离），空气中的与导体带电相反的离子会与导体的电荷中和，出现放电火花，并能听到放电声。

如高压线有轮廓的地方，就会出现尖端放电。由于接到电源上，它一边放电，一边不停的提供放电需要的电荷，这种放电会持续下去。尖端放电有如下弊端：

1．引起火灾爆炸。如上所述，由于火花型尖端放电的放电能量较大,因此很容易引起易燃易爆混合物的燃烧和爆炸，造成重大人身伤亡和财产损失。

2.妨碍生产,损坏设备。火花型及电晕型尖端放电都会对生产过程造成不同程度的妨碍，乃至损坏设备。

3.静电尖端放电也可造成人体电击，如带静电的人触摸金属把手而在手指放电。

实验装置

模拟静电除尘实验装置如图1所示，取圆形铝板一块固定在绝缘支座上(绝缘支座可用玻璃棒固定在底座上制成，在中学物理实验室中易找到，本文后几个实验中均用到绝缘支座)，将缝衣针装上塑料棒后固定在铁架台上，调节铝板与针尖端间距6cm~8cm，用导线将铝板和缝衣针分别与感应起电机相连，将点燃的蚊香放在铝板和针之间。让起电机起电，使铝板和缝衣针带电，蚊香烟被铝板吸附，若停止起电，烟又袅袅上升。

旋转的风车

取两个易拉罐，剪一部分铝皮，将铝皮碾压平整，剪出一直径约8cm的圆，再剪成图2中a样式的风车，尽量使叶片对称，在其中心处打一小孔，嵌上子母扣作支撑轴承，取缝衣针固定于绝缘支座上，针尖端顶在子母扣的凹坑处，实验装置如图2中b所示。实验时，用导线将针与起电机一极相连，转动起电机，起电后，由于叶轮的尖端放电，在反冲作用下，风车旋转起来。

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