< Предыдущая		Оглавление		Следующая >

Статическое электричество

Статическое электричество возникает при дроблении, измельчении, обработке давлением и резанием, разбрызгивании, распылении, просеивании и фильтровании материалов - диэлектриков и полупроводников, при других технологических процессах, сопровождающихся трением (перекачка, транспортирование, слив жидкостей-диэлектриков, например бензина). При контакте тел, различающихся концентрацией заряженных частиц, температурой, шероховатостью, происходит распределение между ними электрических зарядов.

Источниками электростатических полей в бытовых условиях могут быть любые поверхности и предметы, легко электризуемые при трении: ковры, линолеумы, лакированные покрытия, одежда из синтетических тканей, обувь. Кроме того, электростатический заряд накапливается на экранах электронно-лучевых трубок телевизоров, видеотерминалов, осциллографов. Напряженность электростатических полей в жилых зданиях может составлять до 20...40 кВ/м.

При статической электризации напряжение относительно земли может составлять десятки тысяч вольт (на ременных передачах до 40 кВ, при механической обработке пластмасс и древесины - 20 кВ, при распылении красок - до 12 кВ). Величина заряда статического электричества прямо зависит от скорости обработки материалов, скорости их истечения, транспортирования, степени дисперсности частиц, удельного электрического сопротивления материала и обратно пропорциональна относительной влажности воздуха.

Возникновение большой разности потенциалов между телами вследствие статической электризации может привести к пробою воздушной прослойки между ними (при 3000 кВ/м) и возникновению искрового разряда, что может стать причиной воспламенения или взрыва смесей паров, газов, пылей с воздухом.

При статической электризации сила тока невелика и составляет доли микроампера (10-7 - 10-8 А), однако вследствие рефлекторной реакции на этот ток может быть получена механическая травма от удара или падения с высоты.

Электрические заряды в природе состоят из дискретных зарядов постоянной величины, являющихся зарядом электрона и обозначаемой через е.

Сила взаимодействия двух зарядов определяется основным законом электростатики - законом Кулона:

(5.22)

где F₁₂ - сила, действующая на заряд 2 (сила, действующая на заряд 1, равна F₁₂ = - F₂₁); k - коэффициент пропорциональности (k = 8,9875  10⁹); Q₁, Q₂ - величины зарядов; г²₂₁ - единичный вектор, направленный от заряда 1 к заряду 2.

Сила взаимодействия двух зарядов не изменяется при наличии третьего заряда. Закон Кулона справедлив для огромного диапазона расстояний: от макроскопических размеров (несколько километров и более) до размеров микромира (около 10^{-13 см).}

Наличие зарядов создает в пространстве электрическое поле Е, которое показывает не силу взаимодействия зарядов друг на друга, а только действие зарядов на пробный заряд Q₀. Заряды Q₁, Q₂, ..., Q_N являются источниками поля. Если исключить заряд Q₀ из выражения закона Кулона, то получим определение электрического поля Е в какой-то точке пространства, созданного распределением зарядов:

(5.23)

После определения заряда и электрического поля из закона Кулона вытекает закон Гаусса. Запишем его в виде

(5.24)

где φ - электрический потенциал; s - замкнутая поверхность; р - плотность электрического заряда; v - скорость распространения электромагнитной волны в среде.

Для электростатического поля законы Кулона и Гаусса являются одним и тем же законом, но выраженным в различных формах. Использование этих эквивалентных законов позволяет установить связь между полем и его источником, определить величину поля по заданной системе зарядов, по известной величине поля определить величину заряда в любой области.

Скалярная величина электрического потенциала φ₂₁ имеет смысл работы, затраченной на перенос единицы положительного заряда в поле Е из точки 1 в точку 2:

(5.25)

Величину (φ₂₁ часто называют разностью потенциалов между двумя точками. Работа перемещения заряда в электростатическом поле также, как и работа перемещения массы в поле тяготения, не зависит от пути перемещения, а зависит только от начального и конечного положений перемещаемого заряда или массы. Перемещение по эквипотенциале (линии равного потенциала) не приводит к затратам энергии, так как при этом не производится никакой работы.

< Предыдущая		Оглавление		Следующая >