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冬天为什么容易产生静电?人体静电能电死人吗?

人体静电虽然可以产生高达数万伏特的电压,但是,能量却极其有限,不足以产生任何健康危害,遑论致死。

冬季,除了寒冷让人不舒服,人体静电带来的电击感觉也非常令人讨厌。

不仅如此,有人还称,人体静电会引发心律失常等伤害,甚至可致人死亡。这更让很多人担忧起来。

这是真的吗?

人体为什么会带电

人体带电一点都不奇怪,因为我们原本就是“电气人”,体内信息大都是通过电信号传递。比如,进入我们眼睛的光线,经过眼睛后面视网膜和神经细胞换能器转换成电信号,沿视神经上传到大脑才产生视觉信息。

可以说,离开生物电,任何生物都将不能进行生命活动。

但是,今天我们要说的不是这种生物电,而是人体静电。

美国国家标准学会/静电放电协会将静电定义为“静止的电荷”。

人体为什么会产生并携带静电呢?

人体静电的产生

我们通常说的物质都是由原子构成的,原子是由带正电荷的质子、不带电荷的中子与带负电荷的电子构成。通常,质子正电荷与电子负电荷数量相等,保持电平衡,因而显示为不带电状态。

电子质量很小,但具有相当可观的能量,是一个“不安分分子”,外层电子经常会挣脱原子核的束缚,脱离运行的轨道转移到其他物质上,这样电平衡就被打破,失去电子的原子就会带有一个正电荷,得到电子的原子就会带有一个负电荷。由于物质携带的这些电荷并没有形成电流,是相对静止的,因此被称为静电电荷。

有几种机制都可以产生静电,但最常见还是我们通常说的摩擦生电。

所谓摩擦生电就是不同材料之间发生接触-脱离,接触时,它们之间可能发生电子转移。

迅速脱离接触后,造成两种材料分别带有数量相等性质相反的电荷的情况。

因而,任何移动的物质只要不断发生接触-脱离,都会产生静电。

人体也不例外,体表的皮肤、毛发和穿戴的衣服,都是易于产生静电的材料。人的很多活动都可以产生静电负荷。

不同材料产生静电的能力不同

静电的产生和积蓄与很多条件有关。

产生静电电荷的数量最主要取决于材料特性。下图列出一些材料产生静电的能力,越在上面的越容易产生正电荷,靠下的更容易产生负电荷,中间的不容易产生电荷。

可以看到,人体毛发和皮肤容易产生正电荷,而日常用的塑料和衣服化纤材料容易产生负电荷。这也就很容易理解用塑料梳子梳头发容易出现“毛张飞”现象的原因了。

冬天为什么更容易产生静电

仅能产生静电电荷还不够,人体携带静电还需要可以蓄积电荷的条件。

首先,绝缘性好的材料容易蓄积电荷。即使是不同性质的电荷也可以在绝缘材料上“和平共处”,比如混纺毛衣,常由产生正电荷的动物毛和产生负电荷的化纤纺织构成,纤维间不断摩擦产生电荷,并不断蓄积电荷。这就是在黑暗中穿脱混纺衣服常会火花四溅的原因。

人体蓄积电荷更重要的条件是不容易向地球(接地)和空气放电。

鞋子鞋底和地面材料的绝缘性是防止人体接地的决定性因素。现在我们经常穿的塑料鞋底和铺设的绝缘性地面材料,如混纺毛毯、乙烯基瓷砖,是人体容易带静电的重要原因。

向空气放电则取决于空气的湿度。一般来说,空气相对湿度(RH)大于60%,人体不容易积蓄静电,RH小于40%容易积蓄静电。

比如,下图所示,不同湿度环境人相同行为产生静电差异巨大:

冬季空气湿度低,有暖气的室内环境空气湿度更低。这就是为什么冬季人体更容易带静电产生并积蓄静电的原因。

容易产生人体静电的行为

人最容易产生静电的行为有两种:一是走路。穿着塑料鞋底的鞋子,拖步(鞋底不离地面)走在容易产生静电的地面上,最容易集聚大量静电电荷。

比如,聚氨酯是常见的一种鞋底材料,穿这种鞋底的鞋子走路就非常容易产生静电。

化纤或混纺毛毯则是最容易产生静电的地面。因此,在干燥的室内,穿着聚氨酯鞋底的鞋子,拖步徘徊在混纺毛毯上,就是一种高效的“发电”行为。

另一种是,穿着容易产生静电的化纤衣服,从一些塑料材质面料的沙发或椅子上站起,也可以产生高负荷的静电。

这也是司机在冬天停车、欠身、扶车门把手容易遭遇电击的原因。

人体静电的危害

人体静电本身没有任何危害。危害产生在静电负荷放电过程中,一般是人体在接近其他物体时,高压击穿其间相隔的空气产生电火花或震颤造成的。

放电产生的效应取决于释放的能量,也就是人体负荷的静电电荷数量。

经过科学家计算,人体可以模拟为一个最大容量为100皮法拉(1皮法等于万亿分之一法拉)的电容器,能负载的最大静电电位是35000伏,能释放的最大能量为60毫焦耳,通常的负荷在几毫焦到几十毫焦之间。

这个能量的释放可以产生什么危害呢?

第一,半导体元器件的损坏。2到1000纳焦的能量就可以损害半导体元器件,人体一般的静电负荷能量足以产生这种危害,这也是进行相关操作前要求必须放电的原因。

第二,着火危险。低至0.2毫焦的静电放电就可以产生电火花,引燃一些易燃易爆的物品,产生火灾。

日常这种危害主要见于汽车加油和涉及燃油泵维修过程中,司机和工作人员不预先放电,存在着引燃引爆汽车的风险。

人体静电能造成健康危害吗?

不会。

人体静电放电对人本身产生的效应有两个:一个是“碰撞出”火花。已知,低至0.2毫焦的能量就可以产生电火花,因此日常人与人的直接接触其实很容易碰撞出心灵或爱情的火花。

另一个就是电击。电击感需要高于1毫焦的能量释放,10~30毫焦就可以产生明显的震动感觉,更高的能量可以将人击倒。如上所述,人体静电最大可释放能量为60毫焦,平常的静电也很容易就导致电击感。

但是,这点能量不足产生健康损害。国际电工委员会于2007年颁布的“电流对人畜影响”介绍,能量大于500毫焦的静电放电才可使人体产生痛苦感觉,而引发致命心室颤动或心跳骤停,则需要500000毫焦的能量。

何况,人体静电放电,实际上的电流发生在人体放电部位与所接触物体之间,也就是在体外,即使能量大一些,也不会对身体产生实际效应。

因此,人体静电电荷放电根本不可能对健康造成任何实质性危害,不需要担心。

物体静电通过人体放电可能造成的健康危害

有人说,不对啊,我怎么看到有静电造成人体损伤,甚至死亡的报道呢?

是的,确有这种报道。

但是,这并非人体自身静电放电的结果。而是在工业生产中,一些高速传送的物体产生巨大的静电电荷,形成一个大容量的电容。人体一个部位接触这些物体,另一部位同时接地,就会成为该物体放电的导体,从而遭遇电击,类似遭遇雷击。

2009年11月,美国弗吉尼亚州两名工人在高速卷筒纸生产过程中因静电放电遭遇电击引发软组织损伤。

2007年,美国国家安全委员会发布的“电击处置:防静电危害”公报指出,“非常巨大的静电放电事件通常发生在超过80000伏的静电负荷放电,这是很危险的,强大的冲击力可以将人抛出产生伤害”。

2010年5月发生在肯塔基州一家胶片制造工厂高速传送的胶片静电放电事故,是全世界唯一一例静电放电导致死亡的报道。

但是,注意,这仅是未经证实的新闻报道。

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