Ионизация воздуха. Защита от статического электричества
При нормальных атмосферных условиях воздух —
хороший диэлектрик и содержит не-большое количество носителей
электрического заряда в единице объёма.
Если же на некоторый объем воздуха
воздействовать тепловыми ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами,
обладающими ионизирующей способностью, то количество пар ионов в единице
объема воздуха резко увеличивается. Эффективные ионизаторы воздуха —
радиоактивное излучение и электрическое поле большой напряженности.
Обычно после прекращения ионизирующего воздействия ионы нейтрализуются.
Но если ионизировать воздух в местах скопления электростатических
зарядов, то под действием создаваемого ими электрического поля
разноименно заряженные ионы перемещаются в противоположных направлениях.
Ионы, полярность которых противоположна зарядам на наэлектризованном
материале, перемещаются к его поверхности и нейтрализуют статические
заряды.
Таким образом, сущность способа или принципы нейтрализации статического
электричества сводятся к образованию необходимого количества
положительных и отрицательных ионов в местах генерирования и скопления
зарядов.
Чаще всего для ионизации воздуха используют коронный разряд (требующий
наличия электрического поля высокого напряжения) и радиоактивное
излучение. В связи с этим в промышленности наибольшее распространение
получили индукционные, высоковольтные и радиоактивные нейтрализаторы.
Действие индукционных нейтрализаторов основано на использовании
электрического поля наэлектризованного тела, и постоянного источника
тока для них не требуется.
Имеются два типа индукционных нейтрализаторов — игольчатые и в виде
метелочек из проволоки; наиболее эффективны игольчатые нейтрализаторы.
Они обладают большей ионизационной способностью, чем проволочные. Лучшие
результаты получаются при использовании стандартных швейных игл длиной
не менее 50 мм (при отношении длины иглы к расстоянию между ними 1,8).
Более редкое расположение игл снижает ионизационную способность
нейтрализатора. Индукционные нейтрализаторы — взрывобезопасны; их можно
устанавливать во взрывоопасных средах.
Недостатком индукционных нейтрализаторов является то, что они начинают
действовать только при достижении напряженности электрического поля на
остриях не менее 30 кВ/см.
Принцип действия высоковольтных нейтрализаторов основан на нейтрализации
статических зарядов высоким напряжением. Недостатки индукционных
нейтрализаторов устранены в высоковольтных путем подключения игл к
источнику высокого напряжения, который независимо от величины заряда на
объекте обеспечивает необходимую для ионизации воздуха напряженность
электрического поля.
Достоинство высоковольтных нейтрализаторов состоит в том, что они
производят достаточное ионизирующее действие и при низких потенциалах на
наэлектризованной поверхности, а их недостаток — необходимость
использования источника тока и большая энергия возникающих искр,
способных воспламенить взрывоопасные смеси.
По исполнению высоковольтные нейтрализаторы делятся на нейтрализаторы
постоянного напряжения, переменного напряжения и высокочастотные.
Высоковольтные нейтрализаторы различаются обычно и конструкцией
игольчатых разрядников. Наибольшее распространение получили трубчатые
разрядники, так как они обладают наивысшей эффективностью.
Высокочастотные нейтрализаторы наиболее безопасны, однако они сложны по
устройству и серийно еще не выпускаются.
Общим и довольно существенным недостатком высоковольтных нейтрализаторов
является то, что их работа в воздухе приводит к образованию озона и
окислов озона, которые вызывают раздражение органов дыхания.
Радиоактивные нейтрализаторы очень просты по устройству, достаточно
эффективны, полностью взрывобезопасны, выпускаются серийно и требуются
источники питания.
В них использовано свойство радиоактивного излучения ионизировать газы.
В процессе радиоактивного распада возникают a-, (J-, излучения,
различающиеся ионизирующей и проникающей способностью. Для нейтрализации
статических зарядов применяются только а- и P-излучения, а 7-излучение
не нашло практического применения для ионизации воздуха вследствие малой
интенсивности ионизации (несколько ионов на 1 см пробега) и большой
проникающей способности.
Наименьшей проникающей способностью обладают а-лучи. Лист обычной бумаги
или кожа человека полностью поглощают энергию а-частиц. В то же время
ионизирующая способность а-частиц весьма велика
(несколько десятков тысяч ионов на 1 см пробега). Проникающая
способность Р-частиц больше, чем а-частиц. Однако свинец толщиной 1,5
мм, сталь толщиной 3 мм или дерево толщиной 20 мм полностью поглощают
излучение. Ионизирующая способность р-частиц достаточно высокая, но в
1000 раз меньше, чем а-частиц.
Подбор контактных пар. Защита от статического
электричества
Количество и полярность зарядов, образовавшихся при контакте двух
твердых материалов, зависят от природы контактирующих тел и состояния их
поверхности. Следовательно, один и тот же материал при соприкосновении с
другими может приобретать как положительный, так и отрицательный заряд.
Большим числом экспериментов установлены электростатические ряды. В этих
рядах материалы расположены в такой последовательности, что любой из них
приобретает отрицательный заряд при соприкосновении с материалом,
расположенным выше него, и положительный — после контакта с материалом,
расположенным ниже.
Используя свойства электростатических рядов, можно уменьшить, а в
некоторых случаях и предотвратить вредное воздействие электростатических
зарядов. Например, для компенсации зарядов при трении о хлопок требуется
75 % нейлона и 25 % дакрона. Чтобы предотвратить накопление зарядов на
людях, перемещающихся по ковровым дорожкам и полам из синтетических
материалов, рекомендуется изготовлять последние из смеси веществ,
которые разноименно электризуются о подошвы обуви. Квадратики пластиков
для полов рекомендуется изготовлять из материалов, электризующихся
разными знаками, и располагать в шахматном порядке.