Электризация веществ. Возникновение статического электриче-ства. Факторы, определяющие интенсивность электризации.

Электризация определяется природой вещества. Все вещества мож-но разделить на 3 группы:

1 - проводники rv < 10 Ом´см. Время релоксации (рассеивания) электрического заряда t < 10 сек. Такие вещества электризоваться не способны. Это металлы, сажи, электролиты.

2 - антистатические вещества rv < 10 Ом´см. Время релоксации электрического заряда t до 1 сек. Эти вещества электризоваться не способны и заряд другого тела через них отведен быть не может. Это аце-тон, бумага, древесина, стекло, кожа и др.

3 - диэлектрики, rv > 10 Ом´см, t до 10 сек. Это бензол (rv -10 Ом´см), керосин (rv -10 Ом´см), эфир (rv -10 Ом´см), все виды пластмасс, полиэтилен (rv -10 Ом´см), янтарь (rv -10 Ом´см), сапфир (rv -10 Ом´см), воздух (rv -10 Ом´см).

Процесс электризации относится к поверхностным явлениям. На поверхности раздела двух веществ (сред) возникает двойной электричес-кий слой , для твердых тел - за счёт контактной разности потенциалов, для жидкостей - за счёт взаимного притяжения ионов жидкости и воздуха. Возникающий двойной электрический слой в этом случае называется адсорбционным двойным электрическим слоем.

Если на поверхности раздела двух твёрдых тел присутствует влага, то возникает электролитический двойной электрический слой.

 

1. / / / / / / / / / 2. 3. / / / / / / / / / / /

 

Возникновение двойного электрического слоя может быть связано с выделением энергии при трении, фазовых превращениях вещества.

В любом случае две поверхности несут разноимённый заряд, возни-кающий на границе раздела двух сред.

Для всех веществ контактная разность потенциалов сейчас известна и равняется от 0,1 до сотен милливольт.

В реальных условиях появление двойного электрического слоя свя-зано с целым комплексом всех перечисленных условий.

Представим вместо двойного электрического слоя конденсатор, тог-да ёмкость конденсатора ______________

С = eeS/d , Ф, где:

e = 8,85 - абсолютная диэлектрическая постоянная,

e = 10 - диэлектрическая постоянная воздуха,

S - площадь контакта в см²,

d - расстояние между обкладками (толщина мономолекулярного слоя).

Заряд Q = U´С.

Представим, что одна поверхность отрывается от другой.

 

Суммарный заряд Q должен остаться постоянным, но так как d рас-тёт до десятков сантиметров, ёмкость С уменьшается, то возрастает разность потенциалов от 10 В ² до 10 В.

Процесс генерации зарядов начинается в последней точке контакта (точка А). Двойной электрический слой не статическое электричество и измерить его нельзя, так как заряд связан.

С моментавремени t (начало отрыва поверхностей) начинается генерация и одновременное рассеивание зарядов.Будет ли на поверхнос-тяхстатическое электричество зависит от того, что будет происхо-дить быстрее, генерация или рассеивание.

Преимущественно рассеивание происходит за счёт проводимости материалов, среды, но в реальных условиях рассеивание может происходить и за счёт газового разряда. Для плоских диэлектриков плот-ность зарядов на поверхности никогда не превышает

σ ≤ 2,65·10ˉ кул/см²,

 

В общем случае σ = Q/s = CU/s= CEδ/s = Е·e×e кул/см², где:

e - диэлектрическая постоянная окружающей среды.

e = 8,85 абсолютная диэлектрическая постоянная.

Заряд σ = 2,65·10ˉ кул/см² может быть достигнут на воздухе при Е = 310000 В/см - это электрическая прочность воздуха. Дальнейшее нарастание плотности заряда приводит к искровому пробою воздушного промежутка.

 

Для плоскоременной передачи ток электризации можно определить из выражения:

Iэл. = σ×f×V , À, где:

σ - плотность зарядов, К/м²,

f - ширина ремня, м,

V - скорость ремня, м/с.

Одновременно возникает ток утечки Iут. Заряды будут накапливаться, если ток электризации будет больше тока утечки.

Интенсивность электризации зависит: от скорости разделения двойного электрического слоя (скорость движения, перемещения), электрического состояния контактирующих поверхностей (соотноше-

ния e), процесса заряжения за счёт ориентации диполей ( чем выше коэффициент трения, тем электризация выше), площади контакта (чем меньше частицы, тем больше их поверхность и выше электризация), вли-яния внешнего электрического поля (заряжение по индукции).

Электризация возникает при транспортировке жидкостей, в ременных передачах, наливе жидкостей, шлифовании, полировании и т. д. Выпуск углекислого газа из баллона даёт потенциал 8000 В, по резиновому шлангу - 10000 В, разбрызгивание красок -5400 В, движение резиновой ленты транспортёра - до 45000 В, движение кожаного ремня со скоростью 15 м/с - 80000 В.