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在北方生活,可能会有这样的体验:你只是想从同事手里接过ta请的一杯奶茶,两只手碰到的一瞬间,静电啪一声把你电个半死,你痛得大叫一声,本来就不熟的同事之间变得更尴尬了。

作为一个没见过雪的南方人,想来北方看看冰雪大世界和空旷的大片平原,见识一下凛冽的北方美学。谁知刚下飞机,嘴唇就干得要裂开,刀子样的大风一吹,带走了脸上残留的最后一丝水分,身上噼啪响,摸啥啥带电。你委屈得不行,忍不住冲全世界大喊:“不是,旅游攻略上怎么没提会被电成这样啊?”

空气太干燥,静电跑不掉

人为啥会被电?你肯定听过“摩擦起电”。

只要你还活着,并且穿了衣服穿了鞋,只要活动,就会有接触和摩擦,你和周围的物体上就会带上电荷[1]。

“电荷不会凭空产生或消失,只会转移。”带不同电荷的物体相互靠近或者接触时,电荷会试图通过放电的方式达到平衡(这个过程也叫“静电放电”ESD)[2]。

只要电压差足够大,就会产生能刺痛你的静电火花。

闪电也是一种放电现象 / Unsplash
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闪电也是一种放电现象 / Unsplash

人体产生的静电电压可以高达几千上万伏[3][4]。当你与周围物体的电压差达到2000v,就可能有明显的电击感觉;达到4000v时,就会有针刺一般的疼痛,如果达到7000-8000v,你甚至会被电得麻一下[5]。

在生活中,静电火花可能只刺痛你一下,但在工厂等生产环境中,可能引燃气体、粉体等,非常危险。在一项静电火花引爆甲烷的实验中,静电火花的温度甚至可以达到600℃-800℃[6]。

工厂、公交车、家里的电路都要接根地线,电荷就可以被导向大地,但一般我们的鞋底都是橡胶等等绝缘材质[7],电荷无路可走,就会积累在你身上,等待“爆炸”[8]。

客车、货车等都要拖一条带子,把静电导向大地 / Unsplash
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客车、货车等都要拖一条带子,把静电导向大地 / Unsplash

对我们身上静电影响最大的,是空气湿度。空气中的水分越充足,你被电的可能性就越小。

一项以消防员为实验对象的研究发现,在同样温度情况下,环境湿度为20%时,消防员的静电电位(也就是人体对地电压差值)最高能达到3500v左右,而当湿度增加到60%,静电电位就能控制在0-1500v左右[9]。

这是因为,当空气中的水分多,我们的衣服、鞋袜、地板、桌面等周围不导电的东西会吸收水分,或者在表面形成一层水膜,从而降低物体表面的电阻。电阻小,就更容易导电,电荷就会更快地耗散出去[9]。当环境湿度为65%-90%时,与10%-20%时相比,静电强度只有前者的百分之五左右[10]。

所以,如果你冬天从南方来北方旅游,会发现南北差异之大不仅在甜咸之争上,呼吸的空气也不一样。你除了会收获一条干裂的嗓子、一双起皮的腿,还有一段随时被静电炸到你心悸的体验。

南北方都有干、湿季,虽然都叫“干季”,但湿度却远远不在一个级别。

北方的干季一般是10月到次年5月,集中在2-4月;南方一般是10月到次年3月[11]。南方全年的湿度变化不大,几乎全年都处在高湿度状态[11],“干季”也很湿。北方的“干季”才是真的干。

上海几乎全年湿度都在70%以上[12] / 图虫创意
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上海几乎全年湿度都在70%以上[12] / 图虫创意

1、2月期间北京的湿度只有30%-40%,甚至更低;而此时大部分南方城市的湿度还坚挺在70%以上,贵阳二月份的湿度更是达到了恐怖的86%,比北京最湿润的8月还高上百分之十几[12]——北方的平均干燥度指数大约是南方的2.3倍[11]。

于是有的人来了北方,情况严重到每天会被静电袭击几十次,简直啥也不敢摸,时刻紧张得像是要去摸电闸,连对象的手都不敢牵。

南方有“魔法攻击”,北方有“静电背刺”

北方的空气湿度主要受降水量的影响[13],因此高湿度的月份主要集中在7月和8月。

相比之下,南方的湿度受降水量的影响较小,即使在降水量较多的月份,湿度也不会有显著的增加——地形、日照、气温、风速,甚至人口密度、城市化程度都会影响湿度。

比如福建省的湿度主要受气温和日照时间的影响,降水的影响微乎其微。而且福建全省的湿度分布也不均匀,西南和东北比较小,中部最大,就是由于地形、日照时间以及人口密度的不同[14]。南方的湿润季节因此更加分散,持续时间更长[11]。在南方的某些地区,冬天甚至比夏天还湿。

气温低叠加湿度高,会让人感觉被“魔法攻击”[15] / 图虫创意
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气温低叠加湿度高,会让人感觉被“魔法攻击”[15] / 图虫创意

本身就干燥的北方,除了地理位置影响外,还与城市规模和城市化效应密切相关。例如北京的城市面积庞大,导致“热岛效应”显著,城区的温度明显高于郊区。这使得城区在白天的大气湿度相对较低[16],形成了所谓的“干岛效应”,在冬天格外明显。如果城区进一步扩大,空气还会越来越干[17]。

加上北方人普遍生活在有暖气的温暖房间,暖气一“烘烤”,我们皮肤的角质层含水量也会大幅下降。人体暴露在湿度为10%-30%的环境30分钟后,皮肤角质层含水量甚至能减少高达50%[18]。

暖气片、烧炕等设备,让本就干燥的空气“雪上加霜” / 图虫创意
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暖气片、烧炕等设备,让本就干燥的空气“雪上加霜” / 图虫创意

皮肤干燥、变粗糙会增加摩擦,使静电更容易产生;水分减少也会让身体的电阻变高,不利于静电电荷的耗散,更容易被电[10]。

在家会被电,在外面也得时刻警惕。出门打车,开车门之前总得做一番心理建设,到目的地了太兴奋,忘了不能碰车门,啪的一声又电一大跳。

你穿得厚实、空气干燥、车里空间狭小,行驶过程又颠簸,就免不了过多的摩擦。再加上汽车座椅坐垫材质本身容易有静电,就叠上了层层buff。

有研究统计了不同材质的汽车座椅、坐垫材质在司机使用后的静电充电情况,使用涤纶座椅和尼龙坐垫能使司机带上25000v的静电电压[2],电压这么高,你自然化身人形皮卡丘到处放电。

人们在开车门时往往小心翼翼地触碰把手 / 图虫创意
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人们在开车门时往往小心翼翼地触碰把手 / 图虫创意

你与衣服包包等一通摩擦,身上带了电,摸到导体时,因为其电子比较自由,电荷会大量地流向你,就产生了电流和火花[19]。

因此,除了各种金属把手和洗手的水流,你对象也可能成为静电的“罪魁祸首”。你们俩想在雪地里拍个甜蜜抖舞,手刚碰到就打出一团火花;亲一下,嘴唇也可能被电麻——毕竟,只要是人类,ta就同样是导体,在各种意义上都和你“来电”。

静电,会无差别攻击所有人

有网友自嘲“以为冬天是静电噼里啪啦,其实是我穷得叮当响”,调侃自己衣服便宜,所以静电更强。但静电大小其实和价格没太大关系。穿聚酯纤维填充的“棉服”,静电不一定就比穿贵价羊毛羊绒和羽绒服更强。

衣服材质摩擦产生的静电大小,主要取决于面料的吸湿性和摩擦条件。那些容易吸收水分的且表面光滑的面料,不太容易产生静电[20]。

棉、麻、丝之类的天然纤维吸湿性较好,静电弱;而一些“合成纤维”吸湿性低,静电强。常见的有涤纶(聚酯纤维)、腈纶(聚丙烯腈纤维)、锦纶、丙纶等[21]。

研究表明,棉花和粘胶材质摩擦产生的静电最弱;而涤纶材质(就是聚酯纤维)早已成为静电界臭名昭著的反面典型,静电最强[22]。“安徽省省服”——珊瑚绒家居服,就是100%聚酯纤维[23];而你的“德绒”秋衣,也就是腈纶纤维,保暖性特别好,比羊毛还高15%,但也有合成纤维的老毛病,静电也比较强[24]。

安徽人冬季标配省服 / 图源博主@山上有春 已获得授权
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安徽人冬季标配省服 / 图源博主@山上有春 已获得授权

羽绒服的内衬和外壳绝大多数都是聚酯纤维。实验中,聚酯纤维和羊毛摩擦,也会产生9000v的静电电压[22]。所以即使你穿的是大几千的羊毛衫和羽绒服,照样有很强的静电。

虽然天然面料吸湿性好,理论上静电弱,但北方冬天干燥得人神共愤,根本没有水分给它吸收,管你是贫是富都逃不过静电的魔爪,一个也别想跑。

冲锋衣、滑雪服这些能够扛住冰天雪地加狂风的高性能外套,内胆通常也是“抓绒”“摇粒绒”这种聚酯纤维面料[25][26]——无论你是上班追地铁,还是放假去滑雪,经过持续且强烈的摩擦,无论你花了几千块买的这些衣服,静电还是照电不误。

静电让头秒变“海胆” / 图源博主@吕太一和他的弟弟 已获得授权
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静电让头秒变“海胆” / 图源博主@吕太一和他的弟弟 已获得授权

为了减少静电,很多合成纤维织物都“上了科技”。生产商会用混纺其他纤维等手段使面料更吸湿、使用“纤维改性技术”,或者混纺“导电纤维”让电荷耗散出去[27]。用了这些科技的商家,基本都会把“防静电科技”几个大字挂在详情页。

所以,静电跟你有没有钱没关系,主要看你“接不接地”。和你生活中的其他困扰相比,静电有太多办法可以解决了。

在家的时候,可以把你家的加湿器打开;洗衣服的时候加点柔顺剂,其中的“阳离子表面活性剂”(大多数用的是季铵盐)也能帮你减少静电[28][29][30]。

出门的时候,还可以带一些防静电产品,比如防静电喷雾等等。但如果你不愿花这笔钱,随时摸墙、用钥匙碰门把手,都可以让你零成本消除静电。

多摸墙,消除静电的最简单方式 / 图虫创意
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多摸墙,消除静电的最简单方式 / 图虫创意

还有很多聪明的网友想到,把曲别针连起来,在脚踝上绕一圈,一头拖地,给自己接条“地线”——虽然有用,但接地有风险,连线需谨慎,如果地面漏电,你可能会触电。

如果你不怕冷,也可以不穿鞋。大地不像你的前任,它会温柔且无条件地接纳你的一切,包括你身上多余的电荷。

头图来源博主:唠唠叨叨是两只约夏克,momo大王(除湿版)均已获得授权

撰文 / 超新星

图片编辑 / 水 母

内容编辑 / 米六儿

审核编辑 / 水 母

参考文献:

[1]刘尚合,宋学君.静电及其研究进展[J].自然杂志,2007,29(2):63-68F0002

[2]张红.人体静电放电的影响因素及防护手段研究[J].科技创新与应用,2018,8(14):46-48

[3]房树基,于大芬,王俊岭.人体静电危害与安全防护[J].产业用纺织品,1995,0(2):32-3344

[4]Mardiguian, M. (2009). The Electrostatic Discharge Phenomenon. In Electrostatic Discharge, M. Mardiguian (Ed.).

[5]赵华恩,郭武战,李永堂.人体静电防护机理探讨[C]//中国纺织科学研究院,纺织行业生产力促进中心,北京纺织工程学会,长乐市人民政府,北京服装学院服装材料研发与评价北京市重点实验室.“力恒杯”第11届功能性纺织品、纳米技术应用及低碳纺织研讨会论文集.新乡市护神特种织物有限公司;,2011:8.

[6]钟杰.静电火花试验系统及其静电点火能量计算方法研究[D].重庆大学,2014.

[7]张西珠,杨亚文.基于鞋底的人体工学设计[J].文化创新比较研究,2019,3(12):61-62

[8]吕有功.静电感应现象中导体所带电性的释疑[J].中学物理教学参考,2020,49(12):87

[9]李金梅,朱鸣,李强,蒋慧灵.环境温湿度对人体静电电位影响的实验研究[J].消防科学与技术,2014,33(12):1370-1372

[10]丁涛.静电危害分析及预防措施[J].科技创新与应用,2022,12(27):147-151.DOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2022.27.036

[11]张红丽,张强,刘骞,等.中国南方和北方气候干燥程度的变化特征及差异性分析[J].高原气象,2016,35(05):1339-1351.

[12]中国统计年鉴-2024

[13]徐丽君,卫琦,徐俊增,等.中国北方干旱区降雨与相对湿度变化趋势的非一致性研究[J].水资源与水工程学报,2021,32(02):38-44.

[14]赵慧芳,潘祖鉴,孙晓航,等.福建相对湿度的时空变化与其他气象因子的关系[J].西南林业大学学报(自然科学),2023,43(06):65-71.

[15]王超.空气湿度对人体热舒适的影响研究[D].湘潭大学,2021.DOI:10.27426/d.cnki.gxtdu.2021.001435.

[16]王晓默,谷山青,董宁.城市化发展对相对湿度的影响——以济宁市为例[J].中国农学通报,2014,30(26):242-247.

[17]郑祚芳,任国玉.北京地区大气湿度变化及城市化影响分析[J].气象,2018,44(11):1471-1478.

[18]蔄茂强,刘俐,吕成志.角质层的含水量及其对皮肤生物功能的影响[J].临床皮肤科杂志,2008,37(12):816-818.

[19]电动力学导论/司徒树平编著.—北京:清华大学出版社,2023.5ISBN978-7-302-58173-4

[20]刘建平.纺织品静电现象及抗静电整理剂应用[J].染整技术,2014,36(04):9-14.

[21]丁星星. 纤维面料的抗静电剂研究[D].中原工学院,2013

[22]Mahmoud, M., & Ibrahim, A. (2016). Friction coefficient and triboelectrification of textiles. surfaces, 3, 1-7.

[23]刘艳,钱飞.抗静电剂MP整理涤纶珊瑚绒面料的性能研究[J].上海纺织科技,2018,46(03):28-30.DOI:10.16549/j.cnki.issn.1001-2044.2018.03.009.

[24]周月红. 德绒(Dralon)纤维的性能及其染整工艺研究[D].上海工程技术大学,2016.

[25]吴金玲,李刚.抗静电摇粒绒针织面料的设计与开发[J].针织工业,2019,(04):12-14.

[26]王启明.户外服装保暖层抓毛摇粒绒面料及性能研究[J].针织工业,2013,(06):4-6.

[27]应乐,黄海燕,黄文斌,等.纺织品静电性能检测结果的影响因素分析[J].中国纤检,2022,(03):83-87.DOI:10.14162/j.cnki.11-4772/t.2022.03.007.

[28]肖进新. 阳离子表面活性剂的结构及分类、相行为、毒性、应用以及与其他表面活性剂和各类大分子的相互作用(待续)[J]. 日用化学品科学,2024,47(11):1-6. DOI:10.3969/j.issn.1006-7264.2024.11.001

[29]徐慧杰,姜亚洁,耿涛,等.阳离子表面活性剂合成研究进展[J].日用化学品科学,2020,43(06):48-54.

[30]李高峰,李立国.阳离子表面活性剂在工业清洗中的应用研究[J].中国洗涤用品工业,2022,(04):64-70.DOI:10.16054/j.cnki.cci.2022.04.006.

作者:超新星