冬天静电多的主要原因是相对湿度低,所以摩擦产生的净电荷无法导走;而人体电容值低,人体和附近导体间容易产生高电压和高电场强度,从而击穿空气。冬天室内外的温差会进一步降低相对湿度,让静电现象更明显。本文尝试回答如下问题:为什么冬天静电多?为什么北方比南方静电多?为什么干燥的夏天不容易产生静电?怎么减少静电现象?
为什么干燥的天气静电多?
为什么冬天静电多?很多人会不假思索地回答:因为冬天更干燥。可见,干燥的时候静电多已经成为生活经验了。我们通常说的干燥与湿润,在科学上与相对湿度有关。空气中能容纳的最多水汽用饱和水汽密度表示,所谓相对湿度,指的是空气中实际水汽密度与饱和水汽密度的比值。当相对湿度越接近100%,我们会觉得空气中湿漉漉的;当相对湿度接近0%时,我们会觉得空气非常干燥。相对湿度比空气中实际水汽密度更能反映汗水离开皮肤的难易程度。
如下图所示,相对湿度大于55%之后,物体不容易积累高电压,就不容易产生静电现象。相对湿度对静电产生的影响表现在三个方面:1.相对湿度影响体表的导电能力,从而影响积蓄的净电荷离开人体的速度;2.相对湿度影响空气的导电能力,从而影响积蓄的净电荷离开人体的速度;3.高相对湿度增强水在物体表面的吸附,从而两种不同物体摩擦不容易产生净电荷的分布。
纸的表面电阻在相对湿度80%时约为5E9欧姆(见下图);一个实验给出相对湿度80%时,大气电阻率是1E14欧姆?米量级(Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 123, 1295 1997,尽管该文介绍反常的电导和湿度的关系,但是测量到的数量级可以参考)。虽然这两个数据的物理量和单位不一样,考虑到纸的尺寸(厚度约1E-4米,长宽比近似为1),也可以判断出这两个数据代表了相近的导电能力。另一个研究发现,在一种小尺寸样品中,将相对湿度由90%减少到10%时,同样的摩擦所积累的电荷增加了20%(Nano Energy 2, 604 2013)。