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冬天為什麼容易產生靜電?人體靜電能電死人嗎?

冬季,除了寒冷讓人不舒服,人體靜電帶來的電擊感覺也非常令人討厭。

不僅如此,有人還稱,人體靜電會引發心律失常等傷害,甚至可致人死亡。這更讓很多人擔憂起來。

這是真的嗎?

人體為什麼會帶電

人體帶電一點都不奇怪,因為我們原本就是「電氣人」,體內信息大都是通過電信號傳遞。比如,進入我們眼睛的光線,經過眼睛後面視網膜和神經細胞換能器轉換成電信號,沿視神經上傳到大腦才產生視覺信息。

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可以說,離開生物電,任何生物都將不能進行生命活動。

但是,今天我們要說的不是這種生物電,而是人體靜電。

美國國家標準學會/靜電放電協會將靜電定義為「靜止的電荷」。

人體為什麼會產生並攜帶靜電呢?

人體靜電的產生

我們通常說的物質都是由原子構成的,原子是由帶正電荷的質子、不帶電荷的中子與帶負電荷的電子構成。通常,質子正電荷與電子負電荷數量相等,保持電平衡,因而顯示為不帶電狀態。

電子質量很小,但具有相當可觀的能量,是一個「不安分分子」,外層電子經常會掙脫原子核的束縛,脫離運行的軌道轉移到其他物質上,這樣電平衡就被打破,失去電子的原子就會帶有一個正電荷,得到電子的原子就會帶有一個負電荷。由於物質攜帶的這些電荷並沒有形成電流,是相對靜止的,因此被稱為靜電電荷。

有幾種機制都可以產生靜電,但最常見還是我們通常說的摩擦生電。

所謂摩擦生電就是不同材料之間發生接觸-脫離,接觸時,它們之間可能發生電子轉移。

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迅速脫離接觸後,造成兩種材料分別帶有數量相等性質相反的電荷的情況。

因而,任何移動的物質只要不斷發生接觸-脫離,都會產生靜電。

人體也不例外,體表的皮膚、毛髮和穿戴的衣服,都是易於產生靜電的材料。人的很多活動都可以產生靜電負荷。

不同材料產生靜電的能力不同

靜電的產生和積蓄與很多條件有關。

產生靜電電荷的數量最主要取決於材料特性。下圖列出一些材料產生靜電的能力,越在上面的越容易產生正電荷,靠下的更容易產生負電荷,中間的不容易產生電荷。

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可以看到,人體毛髮和皮膚容易產生正電荷,而日常用的塑料和衣服化纖材料容易產生負電荷。這也就很容易理解用塑料梳子梳頭髮容易出現「毛張飛」現象的原因了。

冬天為什麼更容易產生靜電

僅能產生靜電電荷還不夠,人體攜帶靜電還需要可以蓄積電荷的條件。

首先,絕緣性好的材料容易蓄積電荷。即使是不同性質的電荷也可以在絕緣材料上「和平共處」,比如混紡毛衣,常由產生正電荷的動物毛和產生負電荷的化纖紡織構成,纖維間不斷摩擦產生電荷,並不斷蓄積電荷。這就是在黑暗中穿脫混紡衣服常會火花四濺的原因。

人體蓄積電荷更重要的條件是不容易向地球(接地)和空氣放電。

鞋子鞋底和地面材料的絕緣性是防止人體接地的決定性因素。現在我們經常穿的塑料鞋底和鋪設的絕緣性地面材料,如混紡毛毯、乙烯基瓷磚,是人體容易帶靜電的重要原因。

向空氣放電則取決於空氣的濕度。一般來說,空氣相對濕度(RH)大於60%,人體不容易積蓄靜電,RH小於40%容易積蓄靜電。

比如,下圖所示,不同濕度環境人相同行為產生靜電差異巨大:

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冬季空氣濕度低,有暖氣的室內環境空氣濕度更低。這就是為什麼冬季人體更容易帶靜電產生並積蓄靜電的原因。

容易產生人體靜電的行為

人最容易產生靜電的行為有兩種:一是走路。穿著塑料鞋底的鞋子,拖步(鞋底不離地面)走在容易產生靜電的地面上,最容易集聚大量靜電電荷。

比如,聚氨酯是常見的一種鞋底材料,穿這種鞋底的鞋子走路就非常容易產生靜電。

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化纖或混紡毛毯則是最容易產生靜電的地面。因此,在乾燥的室內,穿著聚氨酯鞋底的鞋子,拖步徘徊在混紡毛毯上,就是一種高效的「發電」行為。

另一種是,穿著容易產生靜電的化纖衣服,從一些塑料材質面料的沙發或椅子上站起,也可以產生高負荷的靜電。

這也是司機在冬天停車、欠身、扶車門把手容易遭遇電擊的原因。

人體靜電的危害

人體靜電本身沒有任何危害。危害產生在靜電負荷放電過程中,一般是人體在接近其他物體時,高壓擊穿其間相隔的空氣產生電火花或震顫造成的。

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放電產生的效應取決於釋放的能量,也就是人體負荷的靜電電荷數量。

經過科學家計算,人體可以模擬為一個最大容量為100皮法拉(1皮法等於萬億分之一法拉)的電容器,能負載的最大靜電電位是35000伏,能釋放的最大能量為60毫焦耳,通常的負荷在幾毫焦到幾十毫焦之間。

這個能量的釋放可以產生什麼危害呢?

第一,半導體元器件的損壞。2到1000納焦的能量就可以損害半導體元器件,人體一般的靜電負荷能量足以產生這種危害,這也是進行相關操作前要求必須放電的原因。

第二,著火危險。低至0.2毫焦的靜電放電就可以產生電火花,引燃一些易燃易爆的物品,產生火災。

日常這種危害主要見於汽車加油和涉及燃油泵維修過程中,司機和工作人員不預先放電,存在著引燃引爆汽車的風險。

人體靜電能造成健康危害嗎?

不會。

人體靜電放電對人本身產生的效應有兩個:一個是「碰撞出」火花。已知,低至0.2毫焦的能量就可以產生電火花,因此日常人與人的直接接觸其實很容易碰撞出心靈或愛情的火花。

另一個就是電擊。電擊感需要高於1毫焦的能量釋放,10~30毫焦就可以產生明顯的震動感覺,更高的能量可以將人擊倒。如上所述,人體靜電最大可釋放能量為60毫焦,平常的靜電也很容易就導致電擊感。

但是,這點能量不足產生健康損害。國際電工委員會於2007年頒布的「電流對人畜影響」介紹,能量大於500毫焦的靜電放電才可使人體產生痛苦感覺,而引發致命心室顫動或心跳驟停,則需要500000毫焦的能量。

何況,人體靜電放電,實際上的電流發生在人體放電部位與所接觸物體之間,也就是在體外,即使能量大一些,也不會對身體產生實際效應。

因此,人體靜電電荷放電根本不可能對健康造成任何實質性危害,不需要擔心。

物體靜電通過人體放電可能造成的健康危害

有人說,不對啊,我怎麼看到有靜電造成人體損傷,甚至死亡的報道呢?

是的,確有這種報道。

但是,這並非人體自身靜電放電的結果。而是在工業生產中,一些高速傳送的物體產生巨大的靜電電荷,形成一個大容量的電容。人體一個部位接觸這些物體,另一部位同時接地,就會成為該物體放電的導體,從而遭遇電擊,類似遭遇雷擊。

2009年11月,美國弗吉尼亞州兩名工人在高速捲筒紙生產過程中因靜電放電遭遇電擊引發軟組織損傷。

2007年,美國國家安全委員會發布的「電擊處置:防靜電危害」公報指出,「非常巨大的靜電放電事件通常發生在超過80000伏的靜電負荷放電,這是很危險的,強大的衝擊力可以將人拋出產生傷害」。

2010年5月發生在肯塔基州一家膠片製造工廠高速傳送的膠片靜電放電事故,是全世界唯一一例靜電放電導致死亡的報道。

但是,注意,這僅是未經證實的新聞報道。

本文由百度知道日報作者原創,未經同意嚴禁轉載,否則將追究相關法律責任。
作者寫於2018-12-20
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