便器(便器结构图)深度揭秘

还有谁？不了解静电的！

 

一、静电的释义与产生二、咖啡当中的静电来源（既有摩擦带电，又有分离带电）三、咖啡当中的静电运用与萃取的影响（参照“导体与绝缘体“）四、除静电技术在咖啡当中的运用*全文共计8108字，预计阅读时间21分钟。

慎点每到秋冬之际，最困扰我的就是如何不被，出其不意的电到，以至于在任何时候，我都会把手缩进袖子里，再开门，但有时候还是会被电的嗷嗷叫静电与我们生活息息相关，也与咖啡人的工作生活息息相关，23年WBC落下帷幕，还有谁不了解“犀牛哥’除静电技术吗?。

今天这篇文章怕你们太枯燥，当中我加了个笑话，往下看（你们闲枯燥，我也闲枯燥啊）【静电】真的是太讨厌了~愿天下的孩子不被静电困扰~好了，不打趣了，聊聊今天的主角【静电】以及咖啡与静电之间的关联吧【一】静电的产生与释义。

【静电】：（英文：Static Electricity、Electrostatic 或 Electro-static）是电荷在物质系统中的不平衡分布产生的现象接触带电所有的物体都是由原子组成的原子内部的原子核由带正负电荷的电子组成。

在一般情况下，原子的电子和质子的数量是相同的，保持一种电平衡，稳定的 状态(0V)接触带电是一种由物体之间接近，进而接触而带正负电荷的现象换句话说， 原子内的电子由于接触而开始移动当负电子离开物体时，物体就带正电。

这 些电子遇到其他物体，其他物体就带负电这就是静电产生的原因在这期间，电子从约束力小的物体转移到约束力大的物体上，导致了电子随着 接触界面而分离，如图1-1-2所示对于电子的移动方式没有绝对的定义，一般认为决定物体带正电还是负电根据 接触的两个物体之间电子能量的优先级决定。

（一个物体包含带负电的电子，带正电的质 子，中性或不带电的中子。在一般情况下，质子和电子的数量时相同 的，使原子呈电中性。）

（当接触的物体分离时，某些移动到接触界面的电子会返回原来的位置剩余的电子留在表面，导致静电）静电的产生主要产生的原因就是重复的摩擦 和分离摩擦带电 摩擦带电是由接触的表面共同摩擦引起的这种带电现象会在1）绝缘体，2） 绝缘体和导体，3）导体之间发生。

与接触带电相比，它产生的电荷的量要大的多这是由于表面的凹凸不平在一 起摩擦，摩擦的新区域也在不断地增加由于摩擦的区域不是完全相同，一直 在或多或少地改变，接触区域增加导致产生了更大量地电荷而且，也由可能 长时间的摩擦使表面的灰尘或磨损消失而产生新的接触表面。

表面材料的毁坏 引起的温度上升也会大大影响带电的现象当物体摩擦时，摩擦的表面会放出电子，离子和中性分子这种现象叫做“摩 擦起电”，而且从摩擦开始以后会立即放出电子并且持续较长的一段时间以上描述的接触带电是在不同材料之间发生的。

相同材料的物体接触时不会产 生电荷然而，相同材料的物体可能通过摩擦而带电，如果它们的尺寸不同或 表面状况不同（比如粗糙和光滑）这被称为不均匀摩擦不均匀摩擦的一个例子就是云中冰的粒子大小不一，因摩擦而产生静电释放或 闪电的现象。

分离带电 当接触的物体分开时，比如撕下胶带或去掉LCD玻璃基板上的保护薄膜，就会 发生强烈的带电现象这种现象和以上描述的“接触带电”实际上是相同的，但是一般称作“分离带 电”，因为物体由分离而带电接触的越紧密，电荷的密度就越高，就会导致放电。

电荷的量由分离的速度决定如图1-2-2所示，当分离缓慢的时候电荷较少， 因为静电释放的规模较小当分离速度快的时候，电荷增加，因为静电释放的 次数较少

（电荷的量由分离速度决定。当分离较快时， 电荷的数量增加；然而电荷最后会达到饱和。）

（当带电的物体A靠近导体B时，面向A的导体B表面就会带与A相反极性的电荷当导体B接地的时候，与A相同极性的电荷就会传入地面当此时与地面分离时，导体B就会带与 A相反极性的电荷）*静电诱导 静电诱导是一种只有当物体导电时才会发生的现象。

当带电的物体靠近导体时，导体的表面会带与物体相反极性的电荷例如，当 带正电的物体靠近导体时，导体内部的电子会移动，使负电荷出现在面对带电 物体的导体表面上，而正电荷出现在另一端这是由于集中在导体表面的电荷 的一致化引起的，而这种状态被称作“诱导”。

当导体在这种情况下接地时，与带电物体相同极性的电荷会被迫离开导体换 句话说，如图1-2-4所示电子通过地面补充或吸收，导体带上与物体所带极性 相反的电荷当与地面分离且把物体从导体旁移开时，导体仍然带有与物体极 性相反的电荷。

这种现象被称作“静电诱导”

（电子在导体内部能自由移动；然而，质子 （带正电）不能移动且不能离开导体）【极化】 如果一个绝缘体靠近一个带电物体或者被放在电极之间并且有一定电压时，分 子模型就会因电力而改变，因为绝缘体不导电并且绝缘体内部的电子无法移 动。

结果就是，绝缘体的某个部分带正电而其他部分带负电，但是绝缘体所带 电荷的总量仍然接近于0V（两极带电）这种现象被称作“极化”尽管极化 和感应看上去很相似，但即使当绝缘体接地时电子也不会离开物体，而且绝缘 体不会像感应带电的情况那样带电。

以上描述以外的情况，物体可能通过受力弯曲或变性而带电（比如用手指不断 卷曲一束头发）这是一种由变性或毁坏引起的带电现象尽管物体的表面可 能因受力而带电，当应用力停止时电荷同时消失这种电荷不会产生静电然 而，如果电荷吸引周围空气中的电荷的话，被吸引的电荷不会消失并且可能变 成静电。

【静电特性】 当两个物体由于接触或摩擦带电的时候，物体产生的电极由它们的性质决定表1-3-1显示了静电特性，说明了两个物体之间摩擦会产生怎样的电极一个物体当与表上部的物体摩擦时会带正电一个物体当与表下部的物体摩擦 时会带负电。

接近顶端的物体比接近末端的物体带有更多的自由电子可以认 为物体带电是因为电子从接近顶端的物体那儿移动到了接近末端的物体上例如，当玻璃和棉布接触的时候(那如果是咖啡豆颗粒与金属之间的摩擦呢？)，在表中玻璃在棉布的上方，玻璃就带正电， 棉布在下方，就带负电。

当棉布与PFA板发生接触，在表中棉布在PFA的上方，就带正电，PFA在下方， 带负电因此，静电的极性是由两个物体之间的关系决定的所以，如果要防止产生电 荷，可是在物体之间又有接触和摩擦的可能性，那就选择在静电特性中比较接 近的材料。

相反，位置较远的材料更容易产生较多的电荷注意，静电特性的顺序并不是一成不变的可能会随着湿度，温度，物体的形 状和表面状况而改变现实生活中使用这个表要特别注意考虑到这些因素（很多磨豆机在连续出杯时，咖啡粉依然结块严重，则是连续研磨时的电荷密度太高了，没法及时移除）

（即使同样材料的物体一起摩擦，也会一个带 正电，一个带负电这个情况下电荷的数量 可能会比不同材料的物体摩擦时要少）电的特点 当一个带电的物体靠近另一个带电的物体时，如果它们带有相同极性的静电就 会互相排斥，如果极性相反就会相互吸引。

这种力被称作库仑力带有静电的物体总是受库仑力作用的，明白了吗？再来狠狠地了解下物体是如何带电的，就像我的爱没有消失，只是转移了。（没想到我还是个段子手吧~能够看到这的大宝贝真不容易，辛苦你们了！）

当电荷处在电场内时，电荷会受到作用力而移动这种移动被称作电流电流 从电子较多的位置（高电位）流向电子较少的位置（低电位）当电流通过一个物体时，总会存在一个电场所有的物体都包含携带电荷的物 质电有正负两种极性。

物体由原子组成，原子由带正负电荷的微小粒子组成通常，这些粒子在原子核中间保持平衡状态，使之呈电中性如果物体与另一 物体接触，电子会如图1-4-1开始移动因此，接受电子的物体带负电，发出 电子的物体带正电。

这种电子的流动就是造成许多静电问题的主要原因

库仑定律 如以上描述的情况，当带电物体靠近时，物体之间会产生一种力：相同极性的 物体会互相排斥，不同极性的物体会互相吸引这种力被称作“库仑力”（单位：N），“库仑定律”说明了电荷数量与力之 间的关系如下：物体所带电荷太小而无法测量就被称作点电荷。

设想点电荷A，携带电荷数量 Q[C]，被点电荷B靠近，B携带电荷数量Q’[C]，在真空中距离r[m]当用库仑 定律来计算静电力F时，力与AB之间的距离r[m]的平方成反比，与AB的电荷数 量Q与Q’的乘积成正比。

比例常数ε0 就是真空中的介电常数 (8.85x10-12[F/m]: 法拉每米）库仑力在带电物体的极性相同时表现为排斥力，极性相异时表现为吸引力当 除以重力加速度9.8[m/s2 ]时，这种力能以千克来表示。

导体和绝缘体 有些物体容易导电而有些不容易导电一般来说，当有电压作用时，电流通过比较容易的物体，比如金属，被称 为“导体”电流通过比较困难的物体，比如塑料，被称为“绝缘体”电阻 在他们之间的物体被称为“半导体”。

诸如金属之类的导体由质子（带正电），固定在原子核内不太会移动，和电子 （带负电），能自由移动，两者组成，保持中性状态当这些导体受接触等原 因的影响时，在它们周围会形成一个电场，使电子能穿过物体带负电的电子 按照电场强度的相反方向移动，而带正电的质子不移动。

因此，带正电的导体 缺少电子，而带负电的导体有多余的电子在绝缘体中，电流的流动受到限制并且电子不会穿过物体如果有电力作用于 绝缘体，电荷会在表面聚集，使绝缘体部分带正电，部分带负电然而，某些绝缘体具有允许某些电荷移动的性质，这要看电场作用时的温度。

这是由于高温材料的电子因分子振动而移动产生静电后电荷的移动用欧姆定 律来估计当材料在某一点的电场强度为E时且与电场强度垂直的电流密度为δ，δ在所给 的温度上与E成正比这可以用下面的方法表示：E= ρ x δ (ρ代表体积电阻。

)

表1-7-1说明了室温下典型材料的电阻值这些值在判断材料的静电性质时很 重要静电对于咖啡（萃取）的影响咖啡豆经过磨豆机的切割或者碾压之后，成为我们所被萃取的咖啡颗粒，那在这个过程当中，不可避免的产生接触摩擦，产生静电。

且切割的越快，咖啡颗粒表面聚集的电荷越多，静电力越强，颗粒之间相互吸引，我们就看到了原本均匀的咖啡颗粒抱团，成团的咖啡颗粒聚集在一起，越多，水流渗透和通过的阻力越大，造成咖啡萃取的通道和萃取不均所以消除咖啡颗粒间的静电，也成为提升萃取均匀高度的一个手段

那么有什么样的技术能够消除咖啡颗粒研磨及高速下落时产生的静电呢?在此之前，我们再来了解下，静电力的吸附作用过程（静电力在不同材质当中的吸力或斥力）如上述内容所示，当带电物体互相接近时，在它们之间有一股力量在产生作 用，使相同电极的静电荷相斥，相反电极的静电荷相吸，就如同磁铁的N极和 S极。

这种力被称为库伦力，并且就是这种作用在带电物体上的吸力/斥力造 成各种静电问题本节根据作用类型说明静电力的作用过程作用在“表面积/重量”之比极大的物体上的静电力 对于“表面积/重量”之比极大的物体（例如微粒、纤维或薄膜），库伦力远 比作用在物体上的重力大。

图2-4-1显示使带电微粒吸附在薄膜表面的静电的作用过程当薄膜（绝缘体）表面带有电荷且表面上的电荷密度为σ[C/m2 ]时，电场可 表示为E=σ/2ε0[V/m]当带电微粒的电荷量为Q[C]时，靠近薄膜的微粒被 F=Qσ/2ε0[N]大小的力吸附到带电薄膜表面。

作用在平面物体上的静电力 图2-4-2通过举例说明两个分别带有正电荷与负电荷的平面物体（例如，薄膜 或片材）是如何互相吸引的带电表面的电荷密度可表示为σ[C/m2 ]，该表面上的电场可表示为E，作用在该 表面单位面积上的静电力可表示为F。

从表面正电荷释放的一连串静电力以垂直于表面的方向散发出去，然后到达另 一表面上的负电荷可以看到在该区域内的电场是一致的当带有正电荷或负电荷的平面物体接近另一物体时，电场只集中在两个表面之 间，且电场力的计算结果可表示为E=σ/ε[V/m]。

该电场中产生的吸附力可表 示为F=ε0E2 /2如果假设薄膜表面的电荷浓度为σ=±1x10-5[C/m2 ]，则静电力的计算结果可表 示为：

因此，作用在单位面积上的吸附力约为F=0.58[kg/m2 ]当电荷密度为双倍时，电场力也为双倍，而吸附力为四倍如果该值增加一 位数，则静电力增强100倍当粘在一起的带电薄膜被分开时，电荷密度将高 达10-3[C/m2 ]。

于是，一股极大的静电力作用在表面上作用在导体与绝缘体之间的静电力 当带电绝缘体（例如灰尘）接近导体（例如金属）时，在金属内部会发生感应 带电，并且金属表面表现出带电的迹象由灰尘中带有的静电感应与静电所 造成的电位会依照库伦力产生吸力。

图2-4-3显示点电荷Q[C]接近距离d[m]的金属墙时的吸力由于在金属墙中发生静电感应的缘故，金属墙前方的带电绝缘微粒受到朝金属 墙方向的吸力的作用在这种情况下，在金属墙内部产生与接近的点电荷具有相同静电力的点电荷 -Q[C]。

这种电荷称作“镜像电荷”，其电荷力称作“镜像力”，可通过以下 公式表示：

当带电绝缘体与金属墙接触时，它将自身的电荷转移到墙上，同时吸力消失如果周围存在其它带电物体，或者金属墙未接地，则在金属墙表面会形成电 场然后微粒便带有与金属墙相同的极性，产生排斥作用并离开金属墙图2-4-4显示带电微粒的吸附与排斥过程。

如果在绝缘体的前方存在点电荷会发生什么情况？在这种情况下，作用力和镜像力一样大如果绝缘体的介电常数大于点电荷所 在空间或材料的介电常数，则该力为吸力如果小于，则该力为斥力[图2-4-5]

消除（减少）咖啡颗粒的静电力的解决方法过提高物体表面的导电性使电荷消散在周围的空气中（湿度控制）解决静电问题的另一种方法是湿度控制（增湿）这种方法可保持一定的空 气湿度，使得物体表面带有水分，以提高导电性。

相反，当空气干燥时，具 有导电性的水分含量下降，使电流流动受阻，从而造成静电释放之所以冬 天比夏天更容易产生静电问题的原因就是湿度下降并且暖气设备使空气更加干 燥这使得工厂中因季节因素而造成的瑕疵品比率增高。

湿度可表示为相对湿度和绝对湿度，前者较为常用假设目前空气在没有冷 凝的情况下能够包含的水蒸气含量为“1”，则相对湿度就是实际水蒸气含量 的百分比棉花或木头等天然物质通常被认为几乎不会带电，但当相对湿度降低 35% 以 下时，即使是这些物质也会产生静电。

当相对湿度超过 65% 时，很难产生静 电即使产生静电，也会自行释放图3-2-4显示向空气中释放的静电电荷与空气湿度的关系在湿度较大的空气中，物体表面的电荷密度越高，电荷向空气中释放的速度就 越快于是，表面上的电荷就会减少到一定程度。

尽管随后衰减速度变缓且 仍有电荷残留，但可以通过湿度控制来将物体中的电荷减少并保持在不容易产 生问题的水平上最常见的增湿办法是使用增湿器

当物体带上一定的电位后，提高湿度就可 以使电荷释放到空气中2、静电消除器（电离器）空气中含有78%的氮分子，余下的大部分都是氧分子另外还有少量的二氧化 碳和水蒸气空气中的这些分子因刮风、风暴、闪电等气候条件或太阳照射或地球表面的放 射性物质而发生正极或负极离子化，继而产生空气离子。

这些空气离子有正极性或负极性，并还具备可通过吸收相反极性达到中和的特 性静电消除器（电离器）便是利用这一特性，提供带电物体具有相反极性 的离子它们迫使物体中的电荷被中和，达到为物体消除静电的目的静电消除器（电离器）不仅能有效地中和（消除）静电，还能防止物质或或空 气中的小颗粒带电。

它们还常常在无法使用增湿法或接地法的情况下作为补 充手段，并已成为抗静电控制中不可或缺的一环根据电离空气分子的方式，静电消除器（电离器）可分为两类：“电晕放 电”型和“光照”型“电晕放电”型静电消除器将电场集中在针形的放电电极中，以产生电晕放电 并通过离子化空气消除静电。

“电晕放电”型还能进一步分成“自放电”型 和“高压应用”型“光照”型静电消除器也称为“软X光”型，因为它使用柔和或微弱的X光以下各部分对这些静电消除器的功能、应用及结构进行说明自放电型 当纤维或电线等带有针状顶端的导体（例如金属）接近带电物体时，感应电荷 会聚集在顶端。

结果，顶端周围的电场变得更加强大，从而产生一种空气放 电形式，电晕放电（图3-3-1）由于针状顶端（电极）周围以外的电场强度 并未超出介质击穿强度，因此只有顶端产生放电当电晕放电开始时，会产生与物体电荷相反极性的离子，从而使得电场被中 和。

“电晕放电”型静电消除器利用该现象消除静电

（感应电荷聚集在针形电极的顶端，使电场 变强）“自放电”型静电消除器结构简单，它是将碳或其它导电纤维捆在一起呈刷子 状，并且接地（图3-3-2） 当带电物体靠近静电消除器时，会发生静电感应，同时拥有与物体相反极性的 电荷流过地面并集中在导电纤维刷的顶端。

当电荷数量超过一定水平后，便会 发生电晕放电随之产生的空气离子吸附在带电物体上并与该物体的电荷相结 合，从而使物体的电荷达到平衡“自放电”型静电消除器受到广泛应用，因为它不需要电压源，同时价格低 廉，安装也十分方便。

常见的例子有：将该消除器安装在传真机或复印机的 出纸口，以便消除纸张产生的静电图3-3-2：“自放电”型静电消除器的结构

（“自放电”型静电消除器由接地的刷状导 电纤维构成它在接近带电物体时会产生 电晕放电随之产生的电荷与物体具有相 反的极性，使物体中和）图3-3-3显示“自放电”型静电消除器的性能“自放电”型静电消除器基于 目标物的电荷生成电场。

目标物所带的电荷越多，电场就越强但是，对于 电荷量较少的物体，可能不会发生电晕放电因此，这种静电消除器不能完 全消除物体的静电，不适用于精确度要求较高的工作图3-3-3：“自放电”型静电消除器的性能

由于“自放电”型静电消除器根据目标物 的电荷所生成的电场来产生电晕放电，因 此除非物体的电荷超过一定的标准，否则 它不会工作“电压应用”型 “电压应用”型静电消除器通过高电压释放技术中和静电，该技术可借助针形 电极和高电压电源自主产生电晕放电。

如图3-3-4所示，“电压应用”型静电消除器由三部分组成：通过施加高电压 来产生电晕放电的针形电极、高电压电源以及接地电极它通过向电极针施加 高电压（3kV或更高）从而在电极针顶端周围产生电晕放电当发生电晕放电时，电极针周围的空气被离子化。

生成的离子被提供给带电 物体，以便消除静电“自放电”型静电消除器所产生的离子量要取决于物体的电荷量，与之形成对 比的是，“电压应用”型静电消除器通过向电极针施加高电压迫使电晕放电形 成由于只需打开电源就能确保稳定强力的静电消除效果，“电压应用”型 静电消除器被广泛用于要求精确操作的生产场所中。

图3-3-4：“电晕放电高压应用”型静电消除器的结构 施加正电压时产生正离子施加负电压时产生负离子图3-3-5显示AC（交流电源）型静电消除器，它是一种常见型号的“电压应 用”型静电消除器它的组成部分如下：电极针为等距排列的电极和一块接 地的长方形金属板充当的辅助电极。

AC型静电消除器通过不断释放出正电荷或负电荷来产生离子产生的离子中 有部分被辅助电极吸收，剩下的离子穿过辅助电极，到达带电物体的表面并中 和电荷“电压应用”型静电消除器的电极针越尖锐，可产生的离子就越多。

电极针 的顶端必须由高耐压性的材料制成，因为它很容易因离子碰撞而受到损害钢制电极针加工起来非常简单，但其耐压性较弱钨制电极针可耐压且寿命 长，但成本较高

*大家知道朱老师用的是哪种反应类型吗？

软X光型 软X光是一种波长小于紫外线的X光，波长范围在十分之一nm到几十nm之间软X光具有能够电离空气的特性软X光（光照型）静电消除器通过直接电离 空气中的气体分子消除静电它的优点在于能够以较短的时间在较大的范围内消除静电，这是因为它只依靠 发射软X光工作。

而缺点在于，虽然软X光较弱，但还是X光这种光线对人体有害，且法律规 定在有软X光的地方必须予以通知此外，使用软X光必须有实质性的控制手 段以及专用的防护设施，从而导致成本上升因此，当电晕放电型生成的离子在某些狭窄的空间内很难到达目标物时（例如 粒子穿过管道时），经常会使用软X光型来消除静电。

晚安我是你们的咖啡师小宇再会~