§ 33. Статическое электричество, его учёт и использование в быту и технике

совокупность физических явлений, обусловленных возникновением, накоплением и длительным сохранением свободного электрического заряда на поверхности или в объёме диэлектриков и изолированных проводников при трении или соприкосновении:

• 1. Опасность — накопление огромных потенциалов (десятки тысяч вольт) способно вызывать внезапные искровые электрические разряды, приводящие к воспламенению паров горючего, взрывам угольной или мучной пыли и выводу из строя микроэлектроники.

эффективный метод защиты от статического электричества, при котором металлические корпуса станков, трубопроводы, резервуары и транспортные средства соединяются с землей медными проводниками для непрерывного отвода накапливающегося электрического заряда.

химические поверхностно-активные вещества, наносимые на поверхность диэлектриков (тканей, пластмасс) для предотвращения накопления статического заряда за счёт адсорбции микроскопической проводящей плёнки влаги из воздуха.

промышленная технология нанесения лакокрасочных покрытий в электрическом поле:

• 1. Принцип работы — распыляемые капли краски заряжаются одним знаком (например, отрицательным), а окрашиваемая металлическая деталь — противоположным (положительным). По силовым линиям поля заряженная краска притягивается к детали, покрывая её идеально ровным слоем со всех сторон без потерь и потёков.

промышленная установка для высокоэффективной очистки дымовых и промышленных газов от взвешенных частиц пыли, копоти и золы:

• 1. Принцип работы — запылённый воздух пропускается между отрицательно заряженной коронирующей проволокой и положительно заряженными стенками осадительных труб; частицы золы заряжаются и притягиваются к трубам, откуда периодически осыпаются в бункер.

нанесение коротких волокон ворса на ткань или основу, покрытую клеем, в однородном электрическом поле, в результате чего все ворсинки ориентируются строго перпендикулярно поверхности, образуя фактуру бархата или замши.

ускоренный технологический процесс копчения мяса и рыбы, при котором дымовые частицы заряжаются в электрическом поле и с огромной скоростью притягиваются к противоположно заряженной тушке, сокращая время обработки в десятки раз.

Для борьбы с вредной электризацией применяют следующие научно обоснованные методы:

• 1) Надёжное заземление всех металлических корпусов станков, смесителей, трубопроводов, цистерн бензовозов и самолётов на стоянке для мгновенного стекания заряда в Землю.
• 2) Повышение относительной влажности воздуха в производственных помещениях (до $65\text{--}70\%$): при повышенной влажности на поверхностях диэлектриков конденсируется тончайшая проводящая плёнка воды с растворёнными микросолями, препятствующая накоплению зарядов.
• 3) Токопроводящие покрытия: покрытие трущихся диэлектрических деталей (ремней, конвейерных лент) токопроводящими материалами — графитом или бронзовым порошком.
• 4) Использование антистатиков в быту для синтетической одежды, ковров и пластмассовых деталей.

Полезное действие усиливают путём создания мощных искусственных электрических полей высокого напряжения между рабочими электродами:

• Обеспечивают направленную принудительную зарядку распыляемых частиц (порошка, краски, коптильного дыма, капель эмульсии) с помощью ионизаторов или сеток под напряжением в десятки киловольт.
• Сообщают обрабатываемому предмету противоположный электрический заряд высокой плотности, добиваясь максимальной напряжённости поля у его поверхности, что ускоряет осаждение и обеспечивает превосходную однородность покрытия.

Примеры вредного действия:

• 1) Опасность взрывов и пожаров: возникновение искры между ремнями и шкивами на элеваторах и шахтах (взрыв взвешенной мучной или угольной пыли); искра при перекачке нефти и бензина.
• 2) Текстильное производство: взаимное отталкивание наэлектризованных волокон и их прилипание к металлическим деталям станков, приводящее к спутыванию и обрыву пряжи.
• 3) Авиация: трение фюзеляжа самолёта о воздух и ледяные кристаллы облаков создаёт колоссальный заряд, способный вызвать радиопомехи или сильный удар током при заправке топливом.
• 4) Бытовой дискомфорт: прилипание пыли к экранам мониторов и синтетической одежде, неприятные электрические щелчки при касании металлических дверных ручек.

Во время работы станка происходит непрерывное интенсивное механическое трение и циклическое разделение контактирующих поверхностей ремня и вращающегося шкива. Вследствие этого на ремне (диэлектрике) накапливается колоссальный статический электрический заряд, а разность потенциалов между ремнём и шкивом может достигать десятков тысяч вольт. Когда напряжённость электрического поля в воздушном зазоре превышает предел электрической прочности воздуха ($E > 30\text{ кВ/см}$), происходит пробой диэлектрика (воздуха), сопровождающийся яркой электрической искрой и характерным треском.

• Причина опасности: Бензин является отличным диэлектриком. При его течении по трубам и шлангам происходит бурное трение жидкости о стенки, в результате чего бензин и стенки цистерны накапливают колоссальные противоположные статические заряды. Накопление заряда способно привести к возникновению искрового электрического разряда, а поскольку бензин испаряется и образует с воздухом взрывоопасную смесь, искра немедленно вызовет взрыв и пожар.
• Меры предосторожности: Цистерны, бензовозы, шланги и наконечники в обязательном порядке заземляют перед началом перекачки (бензовозы оснащаются специальными металлическими цепями и заземляющими тросами, соединяемыми со стационарным контуром заземления); перекачку ведут с ограниченной скоростью потока через антистатические рукава.

• Причина прилипания: При расчёсывании волокон на гребнях происходит интенсивное трение сухих нитей о металл гребней. Нити электризуются одноимённо (отталкиваются друг от друга, распушаясь) и индуцируют заряд на металлических гребнях, к которым с силой притягиваются. Это нарушает равномерное движение, ведёт к наматыванию нитей на валы и их обрыву.
• Зачем повышают влажность: При высокой влажности воздуха тончайшая микроплёнка влаги с растворёнными ионами солей оседает на волокнах и гребнях, превращая их поверхность в проводник. Образующиеся заряды мгновенно и непрерывно стекают на заземлённый корпус станка, полностью предотвращая накопление статического заряда.

При чистке сухой щёткой щетина трётся о ткань одежды, и оба предмета сильно электризуются трением. Ткань приобретает заряд и начинает притягивать мелкие лёгкие нейтральные пылинки и соринки за счёт поляризации.

Если же щётку слегка увлажнить, вода делает поверхность щётки и ткани электропроводной: электрические заряды не накапливаются на материале, а свободно стекают через влагу и руку человека, благодаря чему электризация исчезает, и пыль легко счищается механически.