6-2. Elektryczność statyczna i energia elektryczna

6-2. slajd 1

Elektryczność statyczna [N.72][P.3][P.19] jest to zespół zjawisk towarzyszących pojawieniu się niezrównoważonego ładunku elektrycznego na materiałach o małej przewodności elektrycznej (dielektrykach, materiałach izolacyjnych) lub na odizolowanych od ziemi obiektach przewodzących, np. ciele człowieka. Ładunki te wytwarzają wokół siebie pole elektrostatyczne o natężeniu tym większym, im większa jest ich wartość. Jeżeli obiekt znajduje się w polu elektrostatycznym, to może pojawić się na jego powierzchni niezrównoważony ładunek elektryczny.

Elektryzowanie (elektryzacja) jest to wytwarzanie w danym ciele nadmiaru ładunków elektrycznych jednego znaku, które następuje zwykle w warunkach zetknięcia ciał (tzn. kontaktowo) lub ich zbliżenia (tzn. przez indukcję).

Elektryzowanie obiektów występuje zwykle w warunkach zetknięcia i następującego po nim rozdzielenia dwóch nie naelektryzowanych ciał, przy czym mogą to być: ciała stałe, ciało stałe i ciecz, ciało - stałe i gaz, ciecz i gaz. Warunki takie zachodzą np. przy ślizganiu, toczeniu, uderzaniu, rozdrabnianiu, przepływie, wypływie, mieszaniu ciał. Elektryzacja taka następuje w wyniku tworzenia się na granicy zetknięcia dwóch ciał elektrycznej warstwy podwójnej, składającej się z warstwy ładunków dodatnich i ujemnych. Nośnikami ładunku mogą być elektrony i jony. Na powierzchni granicznej może powstać także warstwa uporządkowanych dipoli.

Elektryzację w warunkach kontaktowania dwóch ciał stałych wyjaśnia się przemieszczeniem elektronów bądź jonów. Model elektronowy elektryzacji opiera się na teorii pasmowej ciała stałego. Mechanizm jonowy elektryzacji jest tłumaczony obecnością na powierzchni dielektryka zaadsorbowanej warstewki wody, częściowo zdysocjowanej i zawierającej rozpuszczone zanieczyszczenia.

Stopień naelektryzowania albo stopień naładowania obiektu charakteryzuje się przez:

• wartość ładunku elektrostatycznego,
• gęstość powierzchniową lub objętościową tego ładunku,
• wartość wytworzonego napięcia elektrostatycznego,
• wartość natężenia pola elektrostatycznego.

Naelektryzowany obiekt z materiału dielektrycznego podlega rozładowaniu na drodze: upływu skrośnego (w objętości obiektu), upływu powierzchniowego oraz upływu przez powietrze.

Przy dużych wartościach natężenia pola elektrycznego występują wyładowania elektrostatyczne niezupełne - ulotowe lub snopiaste, oraz zupełne - iskrowe. Wyładowania ulotowe i snopiaste powstają w warunkach silnie niejednostajnego pola elektrycznego, którego natężenie przekracza wartość krytyczną 3·106 V·m-1. Dalsze zwiększanie przestrzeni, w której występuje natężenie pola o wartości krytycznej, prowadzi do powstania wyładowania iskrowego. Wyróżnia się następujące wyładowania elektrostatyczne: międzyelektrodowe, elektroda - dielektryk, bezelektrodowe, piorunopodobne. Każde z tych wyładowań może występować jako niezupełne i zupełne.

Wyładowania międzyelektrodowe występują najczęściej pomiędzy odizolowanym a uziemionym elementem metalowym. Wyładowania elektroda - dielektryk są to wyładowania inicjowane pomiędzy naelektryzowanym obiektem z materiału dielektrycznego a zbliżoną do niego uziemioną elektrodą.

Wyładowania bezelektrodowe występują pomiędzy dwoma obiektami z materiałów dielektrycznych w warunkach ich rozdzielania, przy rozdrabnianiu itp. Wyładowania tego rodzaju powstają np. podczas: odwijania folii z bębna, ślizgania taśm przenośników po wałkach z materiałów dielektrycznych, strzepywania filtrów workowych itp.

Wyładowania piorunopodobne są to wyładowania iskrowe, charakteryzujące się znaczną długością kanału iskrowego, inicjowane przez duże chmury naelektryzowanego pyłu.

Energia wyładowań elektrostatycznych z odizolowanych od ziemi materiałów lub obiektów przewodzących jest praktycznie równa energii naładowania, natomiast energia wyładowania z powierzchni materiału nieprzewodzącego stanowi tylko część energii naładowania.

Rys. 4. Zagrożenia od elektryczności statycznej