Основные сведения о статическом

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

 по курсу «Основы охраны труда»

Тема: «Защита от статического электричества»

(для студентов всех специальностей)

 

 

Донецк 2012

             УДК 614. 841. 415 (075. 8)

 

Конспект лекций по курсу «Основы охраны труда».

Тема: «Защита от статического электричества» (для студентов всех специальностей) / сост. Бутев В. С. – Донецк, ДонНТУ, 2012. – 27 с.

 

Изложенный материал в сравнительно краткой форме дает представление о природе статического электричества, особенностях его возникновения и внешних проявлениях в производственных процессах, оценки опасности статического электричества, а также о некоторых способах защиты от статического электричества. Рассмотрены вопросы электрических характеристик, основные способы защиты зданий и сооружений от прямых ударов молний и особенности конструктивного исполнения устройств молниезащиты.

Составитель: В. С. Бутев,  доцент, кандидат технических наук.

 

СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО: ПРИРОДА ВОЗНИКНО-   

ВЕНИЯ, ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ

Что же собой представляет статическое электричество? Электротехника рассматривает прежде всего движение и взаимодействие электрических зарядов, т.е. электрический ток. Однако значительно раньше, примерно за тысячелетие, были известны только те электрические явления, при которых электрические заряды находились в покое и оставались на одном месте. Именно такое покоящееся, неподвижное электричество является «статическим» и именно о нём пойдет речь ниже.

Было обнаружено [1], что некоторые материалы (например, янтарь, сера, стекло) странно ведут себя, если их потереть о шерсть: они притягивают мелкие предметы, пушинки, шерстяные волокна, обрезки бумаги. Позднее наблюдалось, что от такого натертого тела проскакивала искра к другому телу, если они сближались.

Эти материалы, следовательно, становились от трения «электрическими», причем название это произошло от грецкого слова «электрон», обозначающего янтарь. Было также установлены существенные различия между этими материалами: при электризации трением два стеклянных стержня друг от друга отталкиваются, а стержень из смолы, наоборот, притягивает стеклянный стержень.

Эти наблюдения привели к выводу: существует «стеклянное электричество» и «электричество смолы». Позднее стали называть заряженное тело, которое вело себя как стекло, электричеством положительным, а вещество, которое проявляло себя подобно смоле, электричеством отрицательным. Сегодня же на современном этапе развития научных знаний ни у кого не вызывает сомнений справедливость установленных в те времена положений: заряды одинаковых знаков отталкиваются, а противоположных – притягиваются.

 

 

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СТАТИЧЕСКОМ

                       ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ

По физико-химическому строению все вещества электрически нейтральны, т. е. обладают равным количеством положительных и отрицательных зарядов. Тело является наэлектризованным, если содержит избыток электрических зарядов одного и того же знака.

Процесс электризации заключается в том, что одно тело приобретает или отдает другому электрические заряды преимущественно одного знака. Обмен зарядами между взаимодействующими телами происходит на границе их соприкосновения.

Наиболее ярко способность к электризации проявляется у диэлектрических материалов. Диэлектриками называются такие вещества, в которых весьма мало свободных электронов, передвижение которых не происходит под действием электрического поля подобно тому, как это имеет место в проводниках, эти материалы оказывают большое сопротивление протеканию через них электрического тока.

В процессе электризации могут участвовать и также сами электризоваться проводниковые и полупроводниковые материалы. При этом контакт двух тел сопровождается возникновением на границе их соприкосновения двойного электрического слоя, обусловленного обменом электрическими зарядами между телами. Переход зарядов с одного тела на другое возможен вследствие разности электрического состояния взаимодействующих поверхностей, например, работ выхода электронов, температур, концентрации носителей электрического заряда и др. Обмен зарядами в ходе формирования двойного электрического слоя происходит в местах контактных точек соприкасающихся поверхностей.

Из сказанного следует, что при натирании какого-либо материала шерстью увеличивается число контактных точек соприкосновения и нагревание этого материала за счет преобразования работы трения в теплоту и изменения электрического состояния взаимодействующих поверхностей, что в свою очередь приводит к их взаимной электризации и возникновению двойного электрического слоя, который условно можно представить в виде конденсатора. После разделения каждое из тел приобретает равные по величине электрические заряды противоположного знака.

Электризация отдельных тел может происходить не только за счет трения, но и при соприкосновении диэлектрика с проводником, находящимся в электрическом поле, т.е. за счет электрической индукции. Действие на тело электрического поля вызывает разделение зарядов в проводнике, и в зоне соприкосновения его с диэлектриком возникает индуцированное электрическое поле, по величине равное и направленное противоположно внешнему электрическому полю. Разъединение проводящего тела и диэлектрика в таком поле влечет их электризацию и сохранение зарядов каждого из них.

То, что электризация является следствием соприкосновения отдельных тел, а не только за счет их трения можно доказать простым опытом. Еще Вольта демонстрировал, что две идеально гладкие пластинки из разных металлов приобретают электрический заряд, если их сначала наложить друг на друга, а затем мгновенно разъединить. Если погрузить в воду закрепленный на изоляторе парафиновый шарик, а затем быстро его вынуть, то вода зарядится электрически положительно, а парафиновый шарик – отрицательно.

Закон об отталкивании друг от друга одноименных зарядов справедлив не только для различных тел. Одноименные заряды одного тела внутри него постоянно стремятся отдалиться друг от друга. Это справедливо только для проводниковых материалов, в которых электрические заряды достаточно подвижны. Отсюда следует, что в заряженном проводнике заряды постоянно расположены на поверхности проводника.

Если внести заряд в середину проводника, например, внутрь пустотелого металлического шара, то он немедленно перейдет наружу, на внешнюю поверхность шара. Внутренняя поверхность шара окажется свободной от зарядов.

Заряды, которые находятся на внешней поверхности шара или на другом пустотелом предмете, не могут перейти внутрь. В этом состоит принцип «клетки Фарадея». Если необходимо защитить от внешнего электрического воздействия чувствительный измерительный прибор или другой аппарат, его помещают в «клетку» из жести или мелкой проволочной сетки (экранируют). Если наружная поверхность клетки наэлектризована, то, как доказано, на внутренних стенках электрический заряд отсутствует. Благодаря защитному действию экрана пассажиры железнодорожного поезда, закрытого автомобиля или кабины самолета находятся в относительной безопасности от удара молнии.