尖端效应

物理学术语

尖端效应，物理学术语，指任何物体越尖锐的地方作用力越大，引起的物理效应（力、热、光、电、磁）越强。

定义

尖端效应是带静电导体所具有的一个重要特点。

一.尖端效应的原理及特点

所谓尖端效应是指在同一带电导体上,与平滑部位相比,其尖端部位面电荷密度较大,尖端附近的电场强度较强,且容易由尖端向周围空气或邻近的接地体放电的现象。在带电导体尖端的强电场作用下.其附近空气中残存的离子发生激烈运动,并与空气分子猛烈碰撞,使空气分子电离,产生大量正,负离子.这些离子在电场作用下,又与其它空气分子碰撞井使其电离,如此循环.这样.就形成了尖端放电.

二.尖端效应的产生

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,其附近场强越强的缘故.当然,所谓“曲率“是一个相对的概念.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,人的手指相对于臀部背部等等,前者都可认为是尖端,都容易产生尖端效应.应当说明,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.

三.尖端放电的形式

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,并伴有徽弱的萤光和嘶嘶声.因放电能量较小,这种放电一般不会成为易燃易爆物贾的引火源,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),在两者之问形成放电通道.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.

火花型尖端放电随两极间距的减小而易于发生.这可由击穿电压随极板间距离的减小而下降来说明.例如,针形电极对于平板电极放电的击穿电压与极问距离之间的关系一般按下式掌握:（（暂缺）,一4.9针为正极=00+8.6针为负极由）上式还可看出,尖端电电的带电极性对击穿电压也有影响.在针形电极对平板放电时,若针为正电位,板为负电位,则击穿电压较低,即较容易发生放电;若针为负电位,板为正电位.则击穿电压较高,即较不易发生放电.这种现象是气体击穿的极性效应,在非均匀电场中气体放电时这种效应普遍存在。

尖端放电的发生还与周围环境情况有关一般地说,环境温度越高越容易放电,因为此时电子和离子的动能较大,容易发生电离另外,环境湿度越低越容易放电.围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,因为此时气体分子间距加太,电子或离子的平均自由程变大,加速时间增长,动能变大,容易发生碰撞电离.

四 .尖端效应引起的危害

尖端效应引起的危害尖端效应的危害主要是由尖端放电引起火灾爆炸,妨碍生产及引起人体电击等事故。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.这方面的事故案倒很多.持别是在石油,化工,橡胶等行业,已经成为严重的危害之一。

1987年10月29日.浙江省椒江市石油公司油库发生了一起油罐火灾爆炸事故.油库的3号罐建成后,进行过两次改造.改造后,在靠近量油孔,离罐壁处遗留下一根钢管悬挂在罐内，另外,在泡沫发生器上绑有两根钢丝绳;同时,在第二圈钢板内壁下部.残留有长几十至100多毫米不等的条状金属突出物，这些钢管,钢丝绳和条状金属突出物都是与罐物相连的导体尖端，经分析,这些部位的静电尖端放电产生火花引燃爆炸性混合物,是导致这次事故的主要原因之一。

1986年5月9日,吉林省辽源市装帧材料厂漆布车问生产胶科的反应釜筵突然发生爆炸,事后分析认为也是一起尖端放电引燃的事故.当天.操作工身穿化纤表服,持续而快速地向釜中投放硝酸腔片,人体上积累了较多静电.加之是在绝缘的橡胶地板上操作,静电荷无法向大地泄漏,所以人体静电越积越多，当一名工人向这个接地良好的反应釜入孔投料,手指接近罐口时,突然发生人体对釜体的尖端放电.放电火花引起乙醇、醋酸乙酯汽体燃爆。

尖端放电的原因是因为尖端的电场强度大，而不是该处累积电荷会比较多造成的。然而事实上，尖端累积的电荷会比平滑的一端来得少。

电位 V ≈ Q/r 金属表面等电位因此曲率半径小处电荷数比较小

但是电荷密度是 Q/(r*r) ≈ V/ r 因此曲率半径越小处电荷密度愈高

尖端处电荷密度比较高因此电场比较强

但是电荷数 =电荷密度 * 面积

因为尖端处面积更小因此电荷数并非比较多

电镀尖端效应

当电镀工艺控制不严，容易使产品的尖端或边缘产生镀层加厚、毛刺、或者烧焦等现象；尖端效应对电镀是不利的，会造成局部镀层变厚，影响电镀效果，严重时造成镀件烧焦。

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