论文部分内容阅读
[摘 要]近年来，我国在各个领域进行了高压静电场的研究和运用，事实证明高压静电场可以被有效的运用到科技生产、医疗医学、生物农业等等领域。我们将根据近年了高压静电场的发展和应用来探讨高压静电场的物理作用机理和解释并通过实际案例予以证明和解释。并通过对高压静电场原理的研究和应用来推动其在各个领域的应用范围，寻求高压静电场向高科技技术发展的新起点。
[关键词]高压静电场 科技应用 作用机理
中图分类号：O521 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）12-0075-01
电场有自然电场和人工电场之分，天然电场是由电势高达360kv的电离层和电势为零的地球产生的，我们早就了解到自然电场中有着不可估量的资源能被人类利用，但是由于自然电场的不稳定性，所以人类对自然电场的运用程度只限于研究层面上。近年来随着科技的发展，人工电场被广泛的运用到了人们日常生活的各个领域，例如高压静电除尘、高压静电睡处理、高压静电理疗等等，可以说人类对高压静电场的有效控制和研究使人类对电场的利用成为了现实。我们将在本文中对高压静电场的物理作用机理作出解释，并结合实际案例探讨高压静电场在高科技范围里的应用，和未来的发展方向和潜力。
1 什么是高压静电场
1.1 高压静电场的作用机理
静电场的产生源自于静止电荷激发，该静止电荷被称为场源电荷，简称为源电荷。静电场的电场线起始于正电荷或无穷远，终止于无穷远或负电荷。静电场的电场线方向和场源电荷有着密切的关系。当场源电荷为正电荷时，该电场的电场线成发散状；当场源电荷为负电荷时，该电场的电场线成收敛状。其电场力移动电荷做功具有与路径无关的特点。用电势差描述电场的能的性质，或用等势面形象地说明电场的电势的分布。
高压静电场是基于静电场的物理意义上的人工综合效应产生场。通常办法是高压静电电源利用电子线路产生的高频矩形波，经过整流和滤波、多谐振变换和多级倍压整流等电路变换成输出连续，输出可调的稳定直流高压电。在使用的过程中将电源加在两块极板之间，就形成了高压静电场，输出视情况分为对地正高压和对地负高压，可通过调节器来调节输出电压或者调节控制台调节两极板之间的距离，从而实现对电场强度的调节电场强度E=U/d（匀强电场），高压静电装置的原理图如下所示。
1.2 高压静电场的案例展示
“怒发冲冠”是一个高压静电反应的典型案例，在我们的案例中使用到的仪器是由一个高2米、直径约0.3米的圆柱体，和一个直径0.5米的巨大球体组成。在它的左边，有一个高0.8米的透明塑料台，刚好有三层阶梯方便人站上去，这个台子叫绝缘台。这个圆球可以达到170千伏的电压，在如此高的电压下，人把手轻轻的放在圆球上却没有被电流击倒而是头发竖直飘了起来，形成了“怒发冲冠”的效果呢？原因在于利用静电感应和尖端现象，使物体连续不断地带上高压电荷，甚至产生几十万伏的高压，进行放电演示。输电带将电荷源源不断送入，电梳将电荷收集并传导到金属球表面以及实验者身上，直到达到静电平衡为止。由于尖端现象，实验者头发里聚集的电荷最多，同种电荷互相排斥，静电斥力就使得实验者的头发竖起来了，人和接触的电源是等电位，脚下踩着绝缘板，和大地之间无通路，故没有电流经过身体不会触电，反而因为静电斥力产生了“怒发冲冠”的效果。
在中国达人秀的舞台上许多优秀的演员给我们带来了不可思议的精彩表演，特别是达人秀里卢驭龙他舞台上呈现的穿着绝缘服在等电位的状态下，拉电弧的表演，的表演让我们感到叹为观止，其实卢驭龙的表演也借鉴了高压静电场中“特斯拉线圈”的原理，简言之，特斯拉线圈，是由一个感应圈、变压器、打火器、两个大电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成。原理是使用变压器使普通电压升压，然后经由两极线圈，从放电终端放电的设备。通俗一点说，它是一个人工闪电制造器，其实线圈放出的电弧相当于闪电，而衣服相当于避雷针，表演时是不存在任何危险的，除非表演结束时电容没放电，没有防护装备的人靠近，引发电容放电就会产生危险。
由静电场的物理作用机理和案例展示我们可以知道静电场是可以安全的被我们利用的。
2 高压静电场现代化生活里的运用
通过对高压静电场物理作用机制的研究和发展，我们在实际生活中制造了多种可以产生并利用高压静电场的装置，可以说高压静电场已经被广泛的运用到了我们日常生活中的各个领域。我们在这里对几个高压静电场运用的新技术进行浅要说明。
利用高压静电进行的静电纺纳米纤维的工艺可以制备直径为纳米级的丝，最小直径可达到1nm，简单方便且价格低廉。静电纺丝技术是使带电的高分子溶液或者熔体在静电场中流动变形，经过熔体冷却或者溶剂蒸发固化，从而得到纤维状物质的方法，其生产设备一般由静电高压电源、液体供给装置和纤维收集装置三个部分构成。
在生物学上，高压静电场能够产生生物学效应，可以对种子、植株、愈伤组织产生积极影响，改变生物的酶活性、细胞膜通透性、胞内水分子状态、遗传物质和物质代谢等等，所以在现代化生活中高压静电场对现代生物的影响有着重要而积极的意义。
其次，高压静电场还被广泛的运用于静电涂油、静电除尘、静电水净化、农业物料静电喷涂包裹、农产品加工中的静电植绒、农业生物静电效应研究、静电杀菌、农业种子静电处理、医学上的心脏神经官能症等等各行各业。
3 高压静电场在高科技领域的发展方向
虽然我們在高压静电场的领域已经获得了巨大的发展，同时感受到了高压静电场发展带来的福利，但是回顾高压直流电源发展历史，高压直流电源最初是将工频电压直接经高压变压器升压后整流滤波，或升压后再倍压整流后得到高压的，所以对于未来高压静电场的发展主要方向是对高压直流电源的获取，近年来岁这电力技术的发展新一代功率器件，如MOSFET，IGBT等应用，高频逆变技术的逐步成熟，出现了高压开关直流电源，同线性电源相比较高频开关电源的突出特点是：效率高、体积小、重量轻、反应快、储能少、设计、制造周期短。由于它的优越特性，现在已逐渐取代了传统的高压线性直流电源。如何加大力度研发新型的高压高频电源将使我们有效利用高压静电场的关键所在。
参考文献
[1] 王宁会等《静电基础及其应用技术》[M]，大连：大连理工大学出版社，1996.
[2] 毕玉凤等《高压静电场的应用》[J]，唐山师范学院学报，2008（3）：53-54.
[3] 曲振江《高压静电设备中倍压整流电路的工作状态分析》[J]，高压电技术，2005（10）：64-66.
[关键词]高压静电场 科技应用 作用机理
中图分类号：O521 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）12-0075-01
电场有自然电场和人工电场之分，天然电场是由电势高达360kv的电离层和电势为零的地球产生的，我们早就了解到自然电场中有着不可估量的资源能被人类利用，但是由于自然电场的不稳定性，所以人类对自然电场的运用程度只限于研究层面上。近年来随着科技的发展，人工电场被广泛的运用到了人们日常生活的各个领域，例如高压静电除尘、高压静电睡处理、高压静电理疗等等，可以说人类对高压静电场的有效控制和研究使人类对电场的利用成为了现实。我们将在本文中对高压静电场的物理作用机理作出解释，并结合实际案例探讨高压静电场在高科技范围里的应用，和未来的发展方向和潜力。
1 什么是高压静电场
1.1 高压静电场的作用机理
静电场的产生源自于静止电荷激发，该静止电荷被称为场源电荷，简称为源电荷。静电场的电场线起始于正电荷或无穷远，终止于无穷远或负电荷。静电场的电场线方向和场源电荷有着密切的关系。当场源电荷为正电荷时，该电场的电场线成发散状；当场源电荷为负电荷时，该电场的电场线成收敛状。其电场力移动电荷做功具有与路径无关的特点。用电势差描述电场的能的性质，或用等势面形象地说明电场的电势的分布。
高压静电场是基于静电场的物理意义上的人工综合效应产生场。通常办法是高压静电电源利用电子线路产生的高频矩形波，经过整流和滤波、多谐振变换和多级倍压整流等电路变换成输出连续，输出可调的稳定直流高压电。在使用的过程中将电源加在两块极板之间，就形成了高压静电场，输出视情况分为对地正高压和对地负高压，可通过调节器来调节输出电压或者调节控制台调节两极板之间的距离，从而实现对电场强度的调节电场强度E=U/d（匀强电场），高压静电装置的原理图如下所示。
1.2 高压静电场的案例展示
“怒发冲冠”是一个高压静电反应的典型案例，在我们的案例中使用到的仪器是由一个高2米、直径约0.3米的圆柱体，和一个直径0.5米的巨大球体组成。在它的左边，有一个高0.8米的透明塑料台，刚好有三层阶梯方便人站上去，这个台子叫绝缘台。这个圆球可以达到170千伏的电压，在如此高的电压下，人把手轻轻的放在圆球上却没有被电流击倒而是头发竖直飘了起来，形成了“怒发冲冠”的效果呢？原因在于利用静电感应和尖端现象，使物体连续不断地带上高压电荷，甚至产生几十万伏的高压，进行放电演示。输电带将电荷源源不断送入，电梳将电荷收集并传导到金属球表面以及实验者身上，直到达到静电平衡为止。由于尖端现象，实验者头发里聚集的电荷最多，同种电荷互相排斥，静电斥力就使得实验者的头发竖起来了，人和接触的电源是等电位，脚下踩着绝缘板，和大地之间无通路，故没有电流经过身体不会触电，反而因为静电斥力产生了“怒发冲冠”的效果。
在中国达人秀的舞台上许多优秀的演员给我们带来了不可思议的精彩表演，特别是达人秀里卢驭龙他舞台上呈现的穿着绝缘服在等电位的状态下，拉电弧的表演，的表演让我们感到叹为观止，其实卢驭龙的表演也借鉴了高压静电场中“特斯拉线圈”的原理，简言之，特斯拉线圈，是由一个感应圈、变压器、打火器、两个大电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成。原理是使用变压器使普通电压升压，然后经由两极线圈，从放电终端放电的设备。通俗一点说，它是一个人工闪电制造器，其实线圈放出的电弧相当于闪电，而衣服相当于避雷针，表演时是不存在任何危险的，除非表演结束时电容没放电，没有防护装备的人靠近，引发电容放电就会产生危险。
由静电场的物理作用机理和案例展示我们可以知道静电场是可以安全的被我们利用的。
2 高压静电场现代化生活里的运用
通过对高压静电场物理作用机制的研究和发展，我们在实际生活中制造了多种可以产生并利用高压静电场的装置，可以说高压静电场已经被广泛的运用到了我们日常生活中的各个领域。我们在这里对几个高压静电场运用的新技术进行浅要说明。
利用高压静电进行的静电纺纳米纤维的工艺可以制备直径为纳米级的丝，最小直径可达到1nm，简单方便且价格低廉。静电纺丝技术是使带电的高分子溶液或者熔体在静电场中流动变形，经过熔体冷却或者溶剂蒸发固化，从而得到纤维状物质的方法，其生产设备一般由静电高压电源、液体供给装置和纤维收集装置三个部分构成。
在生物学上，高压静电场能够产生生物学效应，可以对种子、植株、愈伤组织产生积极影响，改变生物的酶活性、细胞膜通透性、胞内水分子状态、遗传物质和物质代谢等等，所以在现代化生活中高压静电场对现代生物的影响有着重要而积极的意义。
其次，高压静电场还被广泛的运用于静电涂油、静电除尘、静电水净化、农业物料静电喷涂包裹、农产品加工中的静电植绒、农业生物静电效应研究、静电杀菌、农业种子静电处理、医学上的心脏神经官能症等等各行各业。
3 高压静电场在高科技领域的发展方向
虽然我們在高压静电场的领域已经获得了巨大的发展，同时感受到了高压静电场发展带来的福利，但是回顾高压直流电源发展历史，高压直流电源最初是将工频电压直接经高压变压器升压后整流滤波，或升压后再倍压整流后得到高压的，所以对于未来高压静电场的发展主要方向是对高压直流电源的获取，近年来岁这电力技术的发展新一代功率器件，如MOSFET，IGBT等应用，高频逆变技术的逐步成熟，出现了高压开关直流电源，同线性电源相比较高频开关电源的突出特点是：效率高、体积小、重量轻、反应快、储能少、设计、制造周期短。由于它的优越特性，现在已逐渐取代了传统的高压线性直流电源。如何加大力度研发新型的高压高频电源将使我们有效利用高压静电场的关键所在。
参考文献
[1] 王宁会等《静电基础及其应用技术》[M]，大连：大连理工大学出版社，1996.
[2] 毕玉凤等《高压静电场的应用》[J]，唐山师范学院学报，2008（3）：53-54.
[3] 曲振江《高压静电设备中倍压整流电路的工作状态分析》[J]，高压电技术，2005（10）：64-66.