Возникновение электрических зарядов в диэлектриках. Электризация твердых, дисперсных и жидких веществ. Факторы, определяющие электризацию различных веществ.
XI. ЗАЩИТА ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Процесс возникновения и накопления электрических зарядов в веществах называется электризацией.
Электризация связана с рядом условий: контактом поверхностей, образованием двойного электрического слоя и разделением контактируемых поверхностей, одна из которых должна быть диэлектриком.
Схема электрических явлений, протекающих при разделении поверхностей, поясняет сказанное и показана на рис.1.
Рис. .1. Схема электрических явлений при разделении поверхностей контакта
Разделению поверхностей способствует адгезия частиц на заряженных поверхностях. После разделения поверхностей контакта наблюдается рекомбинация зарядов за счет электропроводности и ионный процессов в газоразрядном промежутке. При малых скоростях разделения контактов и низких поверхностных сопротивлениях рекомбинация идет за счет электропроводности. При высоких поверхностных сопротивлениях – за счет газоразрядных процессов. Плотность зарядов на поверхностях 
п после разделения определяется по формуле:
где с - плотность заряда двойного электрического слоя до разделения поверхностей, к/м 2;
I гр - ток, обусловленный газовым разрядом в зазоре, А;
I ос - ток, обусловленный омическим сопротивлением поверхностей, А;
1 и 2 - время релаксации зарядов.
Электризация появляется при высоких скоростях и развитых 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 затем заряд стабилизируется.
С явлением электризации жидкостей встречаются при обтекании твердых поверхностей жидкостями с низкой электропроводностью. Вследствие неравенства потенциалов в жидкой и твердой (стенках трубы) фазах на границе раздела образуется двойной электрический слой. Толщина слоя у жидкостей с электропроводностью 10-6 Ом-1 м –1 и выше соизмерима с молекулярными размерами и может быть оценена по формуле:
где R- газовая постоянная - 1,31462 Дж/моль.град.
- относительная и абсолютная диэлектрическая проницаемость, равная 1,854*10-12 ф/м;
С – концентрация ионов, моль/м3; Z - валентность ионов; ф – число Фарадея – 96491,4 к/г.
При наличии разности потенциалов одни ионы адсорбируются на стенке трубы и разряжаются, другие – уносятся потоком и накапливаются в емкостях (аппаратах).
При переработке диэлектрических материалов (метод псевдоожиженного слоя, пневмотранспортирования) наблюдается образование статического электричества, которое способствует коагуляции мелкодисперсной (частицы – 3 мм) фазы, появлению искровых разрядов и даже нарушение процесса.
Эффект электризации зависит от скорости движения материалов, состояния поверхности контакта, вязкости материала, температуры и влажности окружающей среды, наличия примесей (чистые жидкости практически не электризуются), добавки, увеличивающие электропроводность снижают эффект электризации, коэффициента трения, диаметра труб и т.д.
Наибольшая электризация жидкостей проявляется при высоких скоростях, развитых поверхностях контакта, то есть 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.
Пример: Человек, идущий по сухому паркету или сидящий на автомобильном сидении в сухую погоду, заряжается до 5000В. Иницирующие вещества воспламеняются, если человек, сидящий на деревянном стуле с лаковым покрытием приблизит к нему руки. Искровой заряд перекрывает промежуток 2-3 мин, а потенциал на человека достигает 20 кВт. Воспламенение происходит даже если пользоваться инструментом из дерева (так как дерево, насыщенное влагой, является проводником), от пластика воспламенения не наблюдается.
Течение жидкостей и паров через отверстия с большой скоростью вызывает сильную электризацию и искровые разряды. Добавка антистатиков (сажа до 20%) уменьшает электризацию и удельное сопротивление на 10-11 порядков.
Генерирование и разделение зарядов (кроме трубопровода) может происходить внутри конечной емкости при:
- разбрызгивании входящих потоков жидкости;
- разбрызгивании воды, находящейся на дне бака, входящих потоков;
- прохождении пузырей воздуха или газа через слой жидкости или сыпучего материала;
- всклубливании пыли в бункере;
- перемешивании жидкости или сыпучих материалов внутри контейнера.