为什么冬天静电多？

作者：锁相，凝聚态物理学博士，科研工作者

“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）。

一方面，不管是相对湿度增加了体表导电能力还是增加了空气导电能力，总之相对湿度高时，摩擦产生的电荷很容易被导走，不容易积蓄出足以击穿空气的电压。另一方面，物体表面因相对湿度大而增加水汽吸附时，摩擦不容易起电，就从另一个角度减少了静电现象的产生。因此，干燥的天气静电多。

为什么北方比南方静电多，干燥的冬天比干燥的夏天静电多？

南方人到北方时，常会被提醒北方静电多，有人把它归结于冬天北方干冷，南方湿冷。事实上，相对湿度即使一样，北方还是比南方静电多。因为我国只有北方集体供暖，所以北方的室内外温差大于南方，这是北方比南方静电多的一个重要原因。

相对湿度决定了静电现象是否频繁出现。温度越高，饱和水汽密度值越大（如下图所示）；如果室内外的空气水汽密度相同，那么室内温度高于室外，其相对湿度值就较低。从下图的数据可以看出，当室外0摄氏度、室内25摄氏度时，饱和密度相差约4倍；也就是说，尽管室内外的空气中含有相同数量的水分子，室内的相对湿度只有室外相对湿度的1/4。从上面的分析可以判断，北方冬天的户外静电现象不如室内明显，这和生活经验是一致的。当然，户外静电现象不明显还有别的原因，比如户外的水泥地面导电能力强于室内的木地板或者地毯。

室内的人类活动会产生额外的水汽增加湿度。然而，如果室内外温差大，额外的水汽也容易由室内跑到室外，就像从冰箱拿出饮料，冷饮罐上凝聚的水珠就来自室内空气中的水汽。南方和干燥的夏天都因为室内外温差小而静电现象不明显，如果冬天南方的室内有取暖设备的话，我们也会觉得室内比平常的冬天干燥，静电现象也会增加。

怎样减少静电现象？

从上面的介绍中，已经可以看出：减少静电现象最好的通用方法是增加湿度，例如将相对湿度增加到50%或更高。水泥地面比木头地面导电能力强，更不容易让人体积蓄电荷。此外，还有一些因人而异、因地制宜的方法：穿皮制的鞋、穿棉质的衣服、给地板座椅和地毯喷防静电涂层等。如果不想被“电”到手，开门可以先用钥匙接触门把手之类的导体；如果担心静电影响发型，可以使用让头发更湿润的护发素。工业上，可以使用防静电地板、表面带金属箔的鞋，也可以通过空气离子化机（air ionizer）让空气导电（相对湿度太低时，空气离子化机是无法减少静电现象的）。科研工作中，由于静电可能破坏极小面积的薄电极，所以科研人员操作此类样品时，需要一直将身体通过引线接地。