Возникновение электрических зарядов в диэлектриках

Электризация твердых, дисперсных и жидких веществ. Факторы, определяющие электризацию различных веществ.

Процесс возникновения и накопления электрических зарядов в веществах называется электризации. Электризация связана с рядом ус­ловий: контактом поверхностей, образованием двойного электрического слоя и разделением контактируемых поверхностей, одно из которых должна быть диэлектриком. Схема электрических явлений, протекающих при разделении поверхностей, поясняет сказанное и показана на рис. Разделение поверхностей способствует адгезия частиц на заряженных поверхностях. После разделения поверхностей контакта наблюдается рекомбинация заря­дов за счет электропроводности и ионных процессов в газоразрядном про­межутке. При малых скоростях разделения контактов и низких поверхност­ных сопротивлениях рекомбинация идет за счет электропроводности, Пои высоких поверхностных сопротивлениях - за счет газоразрядных процессов Плотность зарядов на поверхностях σ_ппосле разделения определяется по формуле:

где σ_с - плотность заряда двойного электрического слон до разделения

поверхностей, к/м²;

j_г.р. - ток, обусловленный газовым разрядом в зазоре, А;

J_ос - ток, обусловленный омическим сопротивлением поверхности, А.

τ₁ и τ ₂ - время релаксации зарядов.

Электризация появляется при высоких скоростях и развития поверхнос­тях контакта: (фильтровании, смешении, распылении, транспортировании по трубам - трубопроводы из прозрачного диэлектрического материала светятся).

С увеличением скорости разрушения контактов растет величина заряда, оставшегося на поверхностях после их разделения. Следовательно, чем интенсивнее ведется процесс, тем больший заряд останется на поверхности.

Пневмотранспортный трубопровод считается генератором зарядов на материале, а бункер и фильтр - разрядным устройством. Электризация час­тиц при их транспортировании в потоке происходит на начальном участке транспортирования, а затеи заряд стабилизируется.

С явлением электризации жидкостей встречаются при обтекании твердых поверхностей жидкостями с низкой электропроводностью. Вследствие неравенства потенциалов в жидкой и твердой (стенка трубы) фазах на границе раздела образуется двойной электрический слой. Толщина слоя у жидкостей с электропроводностью 10^-6 Ом^-1м^-1 и выше соизмерима с молекулярным размерам и может быть оценена по формуле:

где: R - газовая постоянная 1,31462 Дж/моль.град.

ε и ε₀ - относительная и абсолютная диэлектрическая проницаемость, равная 1,845 10^-12 ф/м;

С - концентрация ионов, моль/м³;

Z - валентность ионов;

Ф - число Фарадея 96491,4 к/г-экв.

При наличии разности потенциалов одни ионы адсорбируются на стенки трубы и разряжается, другие - уносятся потоком и накаливаются в ем­костях (аппаратах).

При переработке диэлектрических материалов (метод псевдоожижения слоя, пневмотранспортирование) наблюдается образование статического электричества, которое способствует коагуляции мелкодисперсной (частицы - 3 мм) фазы, появлению искровых разрядов и даже нарушению процессов. Эффект электризации зависит от скорости движения материалов, состояния поверхности контакта, вязкости материала, температуры и влажности окружающей среди, наличия примесей (чистые жидкости практически не электризуются). Добавки, увеличивающие электропроводимость снижают эффект электризации), коэффициент трения, диаметр труб и т.д. Наибольшая электризация жидкостей проявляется при высоких скоростях, развитых поверхностях контакта, т.е. при фильтровании, смешении, транспортировании по трубам, распылении и т.д. Электрические разряды между поверхностью жидкости и заземленными металлическими элементами оборудования в этих процессах можно наблюдать визуально. Трубопроводы из прозрачного диэлектрика даже светятся.

Эффект электризации жидкостей в сильной степени зависит от примесей, твердых частиц, воздуха или несмешивающихся жидкостей. Чистые жидкости практически не электризуются.

Пример: Человек идёт по сухому паркету или сидящий на автомобильном сидении, в сухую погоду, заряжается до 5000 В. Инициирующее вещество воспламеняется, если человек, сидящий на деревянном стуле с лаковым покрытием приблизит к нему руки. Искровой разряд перекрывает промежуток 2-З мин., а потенциал на человеке достигает 20 кВ. Воспламенение проходит, даже если пользоваться инструментом из дерева (т.к. дерево, насыщенное влагой, является проводником), от пластика воспламенения не наблюдается. Течение жидкостей и паров через отверстия с большой скоростью дает сильную электризацию и искровые разряды. Добавка антистатика до 20%уменьшает электризацию и удельное сопротивление на 10-11 порядков).

Генерирование и разделение зарядов (кроме трубопроводов) может происходить внутри конечной емкости при: 1. Разбрызгивание входящих потоков жидкости;

2. Разбрызгивание воды, находящейся на дне бака, входящий потоков;

3. Прохождение пузырей воздуха или газа через слой жидкости или сыпучего материала;

4. Всклубливание выли в бункерах;

5. Перемешивание жидкости или сыпучих материалов внутри контейнера.

Процесс возникновения и накопления электрических зарядов веществах называется электризацией. Электризация связана с рядом условий: контактом поверхностей, образованней двойного электрического слоя и разделением контактируемых поверхностей, одна из которых должна быть диэлектриком. Разделению поверхностей способствует адгезия частиц на заряженных поверхностях. После разделения поверхностей контакта наблюдается рекомбинация зарядовза счет электропроводности и ионных процессов в газоразрядном продукте. При малых скоростях разделения контактов и низких поверхностях сопротивлениях рекомбинация идет за счет электропроводности. При высоких поверхностных сопротивлениях - за счет газоразрядных процессов.

Скорость зарядов на поверхностях σ_п после разделения определяется по формуле:

где σ_с - плотность заряда двойного электрического слоя до разделения

поверхностей, к/м²;

J_Г.Р.- ток, обусловленный газовым разрядом в зазоре, А;

J_ОС - ток, обусловленный омическим сопротивлением поверхностей, А.

τ₁ и τ ₂ - время релаксации зарядов.

Электризация появляется при высоких скоростях и развития поверхностностиконтакта: фильтровании, смешении, распылении, транспортировании по трубам - трубопроводы из прозрачного диэлектрического материала светятся.