Заряд статического электричества возникает на поверхности материалов (особенно диэлектриков) в результате контакта этих материалов посредством трения, отделения или соединения поверхностей, деформаций, разрыва и т. п.
Основной причиной возникновения заряда на поверхности материалов при указанном контакте их является образование так называемого двойного слоя, т. е. образование положительных и отрицательных зарядов, расположенных друг против друга, на соприкасающихся поверхностях в виде противоположно заряженных слоев. Одновременно с накоплением (генерацией) статического электричества всегда происходит и его рассеяние (потери).
Основными факторами, определяющими количественную сторону процесса накопления статического электричества, являются:
-
площадь и расстояния между контактирующими (трущимися) поверхностями;
-
природа взаимодействующих материалов;
-
шероховатость поверхностей, коэффициент трения, скорость взаимного перемещения, давление;
-
воздействие внешних факторов (температуры, влажности, наличия внешнего электрического поля и т. п.).
Рассеяние (потери) статического электричества происходит вследствие поглощения (утечки) зарядов окружающей средой, обусловленного проводимостью материала (объемной и поверхностной), излучением в окружающую среду, электронной эмиссией, десорбцией ионов, газовым разрядом и т. п.
Защита от статического электричества
Рассмотрим основные методы защиты от статического электричества.
Отвод (рассеяние) зарядов в окружающую среду
Этот метод может быть реализован путем заземления источника генерации зарядов. Отвод зарядов статического электричества может также производиться через обрабатываемые вещества путем обеспечения необходимой поверхностной или объемной проводимости этих веществ.
Увеличение поверхностной проводимости может быть получено образованием или нанесением проводящей пленки (водяной, антистатической и т. п.).
Объемная проводимость твердых тел и жидкостей может быть увеличена путем добавления в них специальных (антистатических) добавок (присадок).
Снижение генерации статического электричества
Снижение электризации жидких диэлектриков может быть достигнуто путем ограничения скорости их перемещения, так как величина тока электризации жидких диэлектриков практически пропорциональна квадрату скорости их перемещения.
Электризация жидких материалов при перекачке зависит от конструктивных факторов (шероховатость внутренних поверхностей труб, радиусов их изгибов, конструкций затворов, фильтров и т. п.), которые могут быть использованы как средство сокращения электризации жидкостей. Использование специальных релаксационных (разряжающих) емкостей при наливе и заправке топлива также уменьшает их электростатический заряд.
Сокращение (или исключение) локальных перенапряжений на элементах конструкций, обусловленных, наличием электростатического поля. Выступающие (и проводящие) части делают структуру электростатического поля весьма неоднородной и являются своего рода «концентраторами» поля. Напряженность поля в непосредственной близости от таких концентраторов может увеличиваться в десятки и сотни раз.
Выравнивание структуры электростатического поля путем исключения или перемещения концентраторов может быть использовано как средство снижения вероятности искрообразования во взрывоопасных помещениях.
Нейтрализация зарядов статического электричества
Метод нейтрализации зарядов статического электричества основан на компенсации генерируемых зарядов зарядами, противоположными по знаку, которые генерируются специальным компенсационным устройством. Приборы и устройства, применяющие принципы нейтрализации зарядов статического электричества, т. е. средства активной электростатической защиты, разрабатываются в нашей стране и за рубежом.