5.3. Статическое электричество

Заряды статического электричества образуются при деформациях, дроблении твердых тел, разбрызгивании жидкостей, трении твердых тел, транспортировании газов, сыпучих тел и жидкостей. Эти процессы сопровождаются сообщениями телам избыточной внутренней энергии, что приводит к повышению температуры тела относительно окружающей среды и эмиссии электронов с поверхности тел (эффект Крамера). Облачко электронов, осевших на поверхности диэлектрического тела, создает отрицательный статический заряд. Атомы тела, отдавшие свои электроны, превращаются в ионы и образуют положительный заряд. В результате трения тел на их поверхности образуется двойной электрический слой (ДЭС). Например, при трении металла и диэлектрика на поверхности металла группируются положительные заряды, а на поверхности диэлектрика — отрицательные (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Образование двойного электрического слоя (ДЗС) при трении двух разнородных тел

Процесс электризации усиливается при увеличении силового взаимодействия контактирующих тел, скоростей перемещения твердых, сыпучих материалов, газов и жидкостей.

ДЭС аналогичен конденсатору с емкостью С. При разделении контактирующих поверхностей часть зарядов Q нейтрализуется, а часть сохраняется на телах. При удалении поверхностей друг от друга емкость уменьшается, а разность потенциалов между телами увеличивается, что может явиться причиной образования искры и зажигания горючих газо-, паро- и пылевоздушных смесей. для воспламенения горючих газов, паров жидкостей достаточно возникновения искры при разности потенциалов для различных тел от 300 до 3000 В. Например, пары бензина воспламеняются от искры при разности потенциалов 300 В.

При изготовлении, обработке и транспортировке дисперсированных материалов происходит электризация частиц при их соударении друг с другом и со стенками оборудования. Перекачка диэлектрических жидкостей (бензина, керосина и др.) по трубопроводам сопровождается электризацией, которая связана с механическим разделением ДЭС на границе жидкой и твердой фаз. Электризация капель происходит также при разбрызгивании жидкостей.

Статическое электричество представляет следующие опасности для человека. Длительно протекающий через человека ток вызывает функциональные изменения в работе ЦНС и ССС, что проявляется в снижении активности деятельности, угнетенности психики. Кратковременный электрический разряд вызывает у человека рефлекторное движение, что может привести к попаданию его в опасную зону и к травмированию.

По статистическим данным искровые разряды являются причиной 60% всех взрывов на взрывопожароопасных производствах.

5.4. Атмосферное электричество

На земном шаре за сутки происходит более 40 тысяч гроз. В южных районах Европейской части России среднее годовое число грозовых часов превышает 100, в средней полосе — от 60 до 80, а в северных районах — менее 10 ч.

Атмосферное электричество образуется и концентрируется в облаках, образованных из мелких водяных частиц, находящихся в жидком или твердом состоянии. Чаще всего нижняя часть облаков имеет отрицательный заряд, а верхняя — положительный, но облака могут нести и заряд одного знака. Молния — это разряд между электрически заряженным облаком и землей, между разноименно заряженными частями облаков или между облаками. Во время грозового разряда за короткий промежуток времени при токе молнии порядка 100...200 кА в канале молнии развивается температура до 20000°С. Из-за быстрого расширения нагретого воздуха возникает взрывная волна (гром) с мощным звуковым импульсом. Удар молнии может явиться прямой или косвенной причиной гибели людей, привести к механическим разрушениям зданий, сооружений, скал, деревьев, вызвать пожары и взрывы.

Причиной механического разрушения является мгновенное превращение воды и вещества в пар высокого давления на пути протекании тока молнии в объектах.

Первичным воздействием атмосферного электричества является прямой удар молнии.

К вторичному воздействию относятся: электростатическая, электромагнитная индукция и занос высоких потенциалов в здания и сооружения. Сущность электростатической индукции заключается в следующем. Заряженное облако наводит заряд противоположного знака на оборудование внутри и вне зданий, металлические крыши, провода ЛЭП и радиосети. Они релаксируют путем электрического разряда на ближайшие заземленные предметы, что может вызвать электротравматизм людей, воспламенение горючих смесей и взрывы. Явление электромагнитной индукции является следствием протекания в канале молнии изменяющегося во времени тока, который создает переменное магнитное поле. Это поле индуцирует в металлических контурах электродвижущую силу. В местах сближения контуров могут происходить электрические разряды, способные воспламенить горючие смеси и вызвать электротравматизм. Занос высоких потенциалов в здание происходит в результате прямого удара молнии в коммуникации, расположенные вне здания, но входящие в него. К таким коммуникациям относятся рельсовые пути, водопроводы, газопроводы, провода ЛЭП и др. Этот процесс сопровождается электрическими разрядами на заземленное оборудование, что может привести к воспламенению горючих смесей и электротравматизму людей.