Вопрос 5. Причины возникновения статического электричества

) Возникновение статического электричества - сложный процесс, зависящий от множества факторов. До настоящего времени не существует единой теории, объясняющей это явление. Существует лишь ряд гипотез. Наиболее распространенной является гипотеза о контактной электризации веществ и материалов. Согласно ней электризация возникает при соприкосновении двух разнородных веществ, обладающих различными атомными и молекулярными силами притяжения на поверхности соприкосновения. При этом одна из контактирующих поверхностей должна быть из материала- диэлектрика. При таком контакте происходит перераспределение электронов или ионов веществ и образуется двойной электрический слой с зарядами противоположных знаков.

Возможно образование двойного электрического слоя при контакте тел из одинаковых диэлектрических материалов за счет наличия на их поверхности загрязнений, различной температуры тел и других факторов. Находящиеся в контакте тела с образовавшимся на границе соприкосновения двойным электрическим слоем остаются электрически нейтральны, т.е. суммарный их заряд равен нулю, если до соприкосновения тела были нейтральны.

Величина контактной разности потенциалов зависит от диэлектрических свойств соприкасающихся материалов, их физического состояния, давления, которым поверхности прижаты друг к другу, влажности и температуры электризующихся поверхностей и окружающей среды.

При разделении поверхностей, между которыми возникла контактная электризация, каждая из них сохраняет свой заряд. Когда на разделенных поверхностях остаются электрические заряды Q, то эти поверхности становятся как бы пластинами конденсатора с емкостью С и между ними возникает напряжение:

(1)

Известно, что емкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади обкладок, абсолютной диэлектрической постоянной диэлектрика, находящегося между пластинами, и обратно пропорциональна расстоянию между обкладками, т.е.

, (2)

где: – емкость, Ф;

– абсолютная диэлектрическая проницаемость, Ф/м;

– относительная диэлектрическая проницаемость;

Ф/м – диэлектрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума);d – расстояние между обкладками, м.

Значения относительной диэлектрической проницаемости для некоторых диэлектриков приведено в таблице 1 (слайд, 4 мин).

Таблица 1

Материал		Материал
Бумага (сухая)	2,5 – 3,0	Мрамор	8,0 – 9,0
Бумага парафинированная	4,3	Миканит	4,6 – 6,0
Вода дистиллированная	80	Парафин	2,0 - 2,3
Воздух	1	Резина	3 - 6
Воск	2,8 – 2,9	Слюда (московит)	6,5 – 7,2
Гетинакс	6,0 – 8,0	Стекло	5,5 – 8,0
Лакоткань	4,0 – 6,0	Фарфор	5,5 – 6,0
Масло минеральное	2,2	Эбонит	3.0 – 3.5
Трансформаторное масло	2.1 – 2.4	Электрокартон	3,0

Из формулы (2) видно, что при увеличении расстояния между поверхностями с контактной электризацией емкость будет уменьшаться. Формула (1) показывает, что в этом случае разность потенциалов между такими поверхностями будет увеличиваться и может достигать десятков и сотен киловольт.

Экспериментами установлено, что из двух трущихся веществ положительно заряжается то, у которого диэлектрическая проницаемость больше. Если вещества имеют одинаковую диэлектрическую проницаемость, то заряды не возникнут.

Практически к электризации склонны диэлектрики с относительной диэлектрической проницаемостью , однако некоторые диэлектрики, при определенных условиях, становятся склонными к электризации и при величине>10. Например, этиловый спирт имеет величинуξ=22, но с увеличением температуры склонен к электризации.

В ряде технологических процессов потенциал относительно земли достигает значений, указанных в табл. 2.

Значения потенциала относительно земли при статической электризации в некоторых технологических процессах (8 мин, слайд).

Таблица 2

Наименование технологического процесса	Значение потенциала, кВ
Производство кинофотопленки	15 и более
Производство резины и искусственной кожи	10 – 15
Производство, связанное с размолом, тонким дроблением и т.п.	10 – 15
При разбрызгивании красок	10
При трении целлулоида	40
При движении резиновой ленты транспортера (со скоростью 4 м/с)	45
При фильтрации смеси бензина с асфальтом через шелк	335

Заряды статического электричества могут накапливаться и на людях, если они имеют обувь с токонепроводящими подошвами, одежду и бельё из шерсти, шелка и искусственного волокна, а также при движении по токонепроводящему полу и при выполнении ручных операций с диэлектриками. Потенциал изолированного от земли тела человека может превышать 7 кВ, а иногда (в зависимости от вида полимера и интенсивности трения частей костюма) он может достигать 14-45 кВ.

Гипотеза о контактной электризации веществ и материалов не может дать количественной, а иногда и качественной оценки процесса электризации. Но есть и другие гипотезы. Одна из них объясняет образование двойного электрического слоя поверхностей ориентацией дипольных молекул, другая, пьезоэлектрическими явлениями и другие.

Таким образом, при статической электризации могут наблюдаться процессы, физическая сущность которых ещё не ясна. Поэтому для устранения опасности, возникающей от статического электричества в конкретных условиях. требуются предварительные экспериментальные исследования и проверка предложенных защитных мер.

Чаще всего заряды статического электричества образуются (слайд):

1. при транспортировке, переливании, заполнении или опорожнении резервуаров с легковоспламеняющимися жидкостями (ЛВЖ) и горючими жидкостями;

2. при производстве резинового клея;

3. при производстве и обращении с кинофотопленками;

4. при работе ткацких и прядильных станков, особенно на синтетических материалах;

5. в производстве связанных с перелистыванием бумаги;

6. при производстве пластмасс;

7. в пневмотранспорте при движении газов со взвешенными частицами по воздуховодам;

8. при работе с промывочным жидкостями;

9. в больничных установках для наркоза;

10) при эксплуатации ременных передач;

11) при ношении синтетической одежды.