Условия возникновения и накопления электростатических зарядов

Статическая электризация веществ имеет сложную природу. Сущест­вует несколько механизмов образования статического электричества: контактная электризация, электрохимический механизм, асимметричное заряжение в результате индукции в сильном электростатическом поле и др. Образование электростатических зарядов при контактной электриза­ции происходит при разделении контактирующих поверхностей (разры­ве контакта). Величина образовавшегося заряда определяется зарядами двойного слоя, электрическим сопротивлением материала и скоростью отрыва поверхностей (интенсивностью технологического процесса). В обычных же условиях при контакте двух материалов на их поверхностях в результате действия внутриатомных электрических сил образуется двойной электрический слой. На поверхностях одного материала в месте контакта преобладают отрицательные заряды, на поверхности другого — положительные. При сохранении контакта суммарный заряд контакти­рующих материалов будет равен нулю. Образовавшиеся заряды при кон­тактной электризации могут оставаться на поверхностях после их разде­ления только в том случае, если время разрушения контакта окажется меньше времени релаксации (рассеивания) зарядов (рис. 4.11). Послед­нее в значительной степени определяет величину зарядов на разделитель­ных поверхностях, т. е. чем выше скорость отрыва (чем интенсивнее ве­дется процесс), тем больший заряд остается на поверхностях. Толщина двойного электрического слоя, т. е. пространственного разделения элект­рических зарядов на границах соприкосновения двух фаз (поверхностей), соответствует диаметру иона, равного Ю^-10 м. При контактной электриза­ции положительные заряды возникают на поверхности материала, имею­щего большее значение диэлектрической постоянной.

Возникновение электрического заряда на поверхности материала со­провождается появлением электрического поля, каждая точка которого характеризуется потенциалом. Величина заряда прямо пропорциональна электрической емкости заряженных материалов и потенциалу поля, т. е.

q = C(p,

где q — заряд на поверхности материала, К; С — электрическая емкость заряженных потенциалов, Ф; ср — потенциал.

По мере разделения поверхностей увеличивается разность потенци­алов Дф = ф - ф₂ между двумя равномерно заряженными поверхностя­ми, что может привести к разряду, если напряженность поля превысит электрическую прочность воздуха, равную 30 кВ/см для однородного электрического поля.

Если при контактной электризации соприкасающиеся поверхности электропроводны, то возникающие заряды практически мгновенно ре- лаксируют (рассеиваются), и электрические заряды на этих поверхнос­тях не накапливаются.

Наиболее сильно электризуются материалы, имеющие удельное электрическое сопротивление 10⁸ Ом-см и более (диэлектрики). Мате­риалы, имеющие удельное сопротивление не более 10^s Ом-см, являют­ся электропроводниками статического электричества, в силу чего на них заряды не накапливаются.

Заряды статического электричества в производственных условиях могут накапливаться на теле работающих и их одежде при выполнении ручных операций при промывке, чистке, протирке, проклеивании с при­менением этилового эфира, бензина, ацетона, непроводящих резиновых клеев, изготовлении упаковочной тары (пакетов, мешков) из синтети­ческих пленок, на аппаратах, трубопроводах, воздуховодах при движе­нии по ним порошков, пылегазовоздушных смесей, сжатых и сжижен­ных газов, а также при работе ременных передач и резиновых транспор­теров, окрасочных работах с применением пульверизаторов и др.

Увеличение электростатического заряда и разности потенциалов на разделенных поверхностях может привести к электрическому пробою разделяющей среды. Возникновение искрового разряда и высоких по­тенциалов представляет собою наиболее опасное проявление стати­ческого электричества.

Разряд статического электричества возникает тогда, когда напря­женность электрического поля над поверхностью диэлектрика или проводника, обусловленная накоплением на них зарядов, достигает пробивной величины.

При достижении энергией искрового разряда величины энергии воспламенения пылегазовоздушных и других взрыво- и пожароопас­ных смесей возникает опасность взрыва и пожара. Электростатичес­кая искробезопасность объекта достигается при выполнении следую­щего условия безопасности:

W <k-W ,

р МИ II

где W — максимальная энергия зарядов, которые могут возникать внутри объекта или на его поверхности, Дж; k — коэффициент безопас­ности, выбираемый из условий допустимой (безопасной) вероятности зажигания (k < 1,0); W_mhii — минимальная энергия зажигания веществ и материалов, Дж.

Энергия искрового заряда с заряженной проводящей поверхности определяется по формуле

W_p = 0,5С • ф², Дж,

где С — электрическая емкость проводящего объекта относительно зем­ли, Ф; ф — потенциал заряженной поверхности относительно земли, В.

Заряды статического электричества и высокие потенциалы часто ведут к отказам отдельных элементов аппаратуры (полупроводниковых прибо­ров, микросхем), являются причиной ухудшения условий труда, вызывая у работающих при разрядах неприятные болезненные ощущения.

Степень опасности статического электричества определяется элек­тростатическими свойствами веществ и материалов, используемых на производстве, наличием в рабочей зоне взрывоопасных концентраций воздушных смесей газов, паров и пыли, а также чувствительностью изделий к электростатическим разрядам.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: