Заряженной поверхности

Различают поверхностную и объемную ионизацию газа. Причиной поверхностной ионизации является эмиссия электронов с поверхности твердых тел (катодов ионных приборов) за счет дополнительной энергии, сообщаемой атомам этих тел при нагреве (термоэлектронная эмиссия), освещении (поверхностный фотоэффект), ударах быстролетящих частиц (вторичная эмиссия) и др. Атомы газа, взаимодействуя с положительно заряженной поверхностью катода, излучающего электроны, могут превращаться в ионы.

Трагические случаи с гибелью или тяжелыми травмами происходят при воспламенении горючих сред искровым разрядом с человека. Подобные случаи чаще всего наблюдаются в сухих помещениях с плохо проводящим полом. В этих условиях человек, двигаясь, генерирует заряды, достаточные для воспламенения многих горючих газов и жидкостей. В производствах диэлектрических порошков, пленок и т. п. человек заряжается при контакте с заряженной поверхностью [33] или при ходьбе по диэлектрическим покрытиям пола [34].

Поскольку существует зависимость средней пробивной напряженности электрического поля в воздухе от расстояния между электродами (например, плоскость — сфера [124, с. 88]), то при отрыве частицы обязательно должна существовать зависимость предельной (максимально возможной в воздухе) плотности зарядов на контактном пятне от расстояния между заряженной поверхностью частицы и поверхностью трубы.

Расчет осуществляют, предполагая, что расстояние между поверхностью шара, с одной стороны, и зеркалом жидкости или заряженной поверхностью диэлектрика (сыпучего материала), с другой,

Образующиеся в разряде ионы движутся в электрическом поле к заряженной поверхности и адсорбируются на ней, экранируя нанесенный заряд. Чтобы инициировать разряд повторно, необходимо усилить поле, например, уменьшив радиус кривизны электрода. Реализуемая в таких разрядах энергия определяется размером поля, ограниченного разрядным электродом и заряженной поверхностью.

55. Искровой разряд статического электричества между заряженной поверхностью нефти и заземленным зондом (длина искры 250 мм) [198].

Экспериментальные исследования, проводившиеся фирмой «Аме-рикен Ойл» [200] в связи с частыми взрывами в нефтяной промышленности от статического электричества, ставили своей целью определение воспламеняющей энергии электростатических разрядов, возникающих между заряженной поверхностью диэлектрической жидкости и металлическим электродом, и сравнение энергии этих разрядов с воспламеняющей энергией разрядов между двумя металлическими электродами. Экспериментальная установка изображена на 58. В металлический заземленный резервуар, установленный на изоляторах, заливалось трансформаторное масло, имитировавшее нефть. Для искусственного заряжения масла через плоские или кольцевые электроды, расположенные под поверхностью масла, использовался источник постоянного тока с выходным напряжением до 160 кВ. Над поверхностью масла создавали горючую смесь пропана с воздухом (отделенную от атмосферы полиэтиленовой пленкой). Установка позволяла легко получать положительные или отрицательные поверхностные потенциалы. Металлический шаровой электрод заземлялся через схему измерения заряда в единичном разряде,

По величине заряда в единичном разряде и разности потенциалов между заряженной поверхностью масла и заземленным электродом рассчитывалась энергия воспламенения по уравнению (177).

Значение зарядного тока определяется скоростью генерирования статических зарядов, изменяется во времени и чаще всего является неопределенной величиной. Человек может заряжаться при хождении по полу, при контакте с заряженной поверхностью оборудования, по индукции и т. п. Так, например, поднимаясь со стула, он может зарядиться до 14 кВ [241]. Если положить, что емкость тела 200 пФ, то запасенная энергия составит 0,0196 Дж. Следовательно, искра с человека способна 80. Зависимость энергии электриче- воспламенять не только паро-ского разряда W и физиологического воз- и газовоздушные смеси, но действия от потенциала зарядов стати- и пыль серы, пластмасс, ме-ческого элеиричества^ на ^человеке (ем- ^ллических порошков и т. и. "^' l°J' Зависимость энергии элек-

В том случае, когда заряды расположены только на одной поверхности диэлектрика и нет рядом металлических конструкций, электрическое поле создается между заряженной поверхностью и нейтрализатором ( 39,а). Ионы движутся в поле к нейтрализуемым зарядам на поверхности. Если с другой стороны диэлектрика находится металлический лист ( 39,6), то электрическое поле возникает еще между зарядами и металлическим листом. Этот случай рассматривался на эквивалентной схеме (см. 13,6) как параллельное соединение конденсаторов. Конденсатор С\ представляет собой емкость между заряженной поверхностью и нейтрализатором, а конденсатор Ci — емкость между заряженной поверхностью и металлическим листом. При этом происходит распределение заря-

40. Электрическое поле между коронирующим электродом и металлическим листом, находящимся под заряженной поверхностью

Радиоактивные нейтрализаторы достаточно надежны, просты в устройстве, устойчивы в работе. Приборы с ос и р-излучением следует располагать от поверхности материала на расстоянии не более длины пробега сс-час-тицы (т.е. не более 7 см), приборы с р-излучением — на расстоянии 3—10 см от заряженной поверхности (для некоторых типов нейтрализаторов до 40 см). Обязательно следует предусматривать надежную защиту людей, оборудования, продукции от вредного воздействия радиоактивного излучения. Для отвода зарядов от людей необходимо: полы, где работают люди, делать токопро-водящими или делать заземленные зоны, помосты, площадки; ручки приборов, машин, аппаратов и дверей эа-землять. Рекомендуется надевать обувь с кожаной подошвой или пробитой неискрящими за-клепками. Носить

8-9; /Каким уравнением 17 Пуассона или Лапласа, описывается поле поверхностных зарядов? Как ведет себя вектор Е у заряженной поверхности?

1-9. Каким уравнением, Пуассона или Лапласа, описывается поле поверхностных зарядов? Как ведет себя вектор Е у заряженной поверхности?

трические линии поля и, следовательно, векторы напряженности направлены не перпендикулярно к заряженной металлической поверхности, то в отдельных точках на заряженной поверхности векторы напряженности могут быть разложены на две составляющие: нормальные (перпендикулярные к поверхности) и касательные, или тангенциальные (направленные вдоль поверхности).

Как указывалось выше, кроме ионизации электроны лавины возбуждают молекулы газа, излучающие фотоны, которые могут ионизировать молекулы или освобождать электроны с поверхности металла. Возникшие в результате фотоионизации ил и фотоэффекта с отрицательно заряженной поверхности электродов свободные электроны — вторичные электроны —- могут инициировать новые (вторичные) лавины. Таким образом, начальная лавина в результате вторичных процессов может вызвать образование новых лавин. Если в среднем число электронов всех вторичных лавин равно числу электронов начальной лавины, то возникает самостоятельный разряд. При несамостоятельном разряде в среднем лавины электронов не воспроизводятся. Поэтому условием самостоятельности разряда является условие воспроизводства (в среднем) электронных лавин в разрядном промежутке.

В растворе вблизи заряженной поверхности электрода скапливаются ионы, имеющие заряд, противоположный по знаку заряду поверхности. Поэтому образуется «двойной электрический слой» ( 2), напоминающий по схеме конденсатор, у которого одна обкладка — поверхность металла, а вторая — слой ионов, находящихся в растворе вблизи поверхности электрода. Разность потенциалов между обкладками конденсатора и представляет собой так называемый «электродный потенциал». Потенциал металлического электрода зависит от свойств металла, концентрации раствора, температуры и валентности ионов.

Положим, что в объеме V есть объемные (р), поверхностные (о) и линейные (т) заряды. Эти заряды представим в виде совокупностей точечных зарядов: pdV, odS, tdl; dV — элемент объема; dS — элемент заряженной поверхности; dl — элемент длины заряженной оси. Составляющая потенциала dq> в некоторой точке пространства, удаленной от pdV на расстояние /?, в соответствии с формулой (19.19) равна

Возвращаясь к условиям задачи, можно определить поверхностную плотность заряда в точке с, зная, что нормальная составляющая вектора Е вблизи заряженной поверхности проводника равна Еп = Е = а/е0, где а — поверхностная плотность заряда. Таким образом,

Рассмотрим в электростатическом поле произвольную точку, лежащую на поверхности раздела двух сред ( 26.1). Пусть для большей общности вдоль поверхности распределен свободный заряд Q. Окружим рассматриваемую точку элементарной прямой призмой, у которой образующие, перпендикулярные заряженной поверхности, бесконечно малы по сравнению с линейными размерами оснований. Эта призма вырежет из заряженной поверхности площадку AS с поверхностным зарядом на ней AQ. По теореме Гаусса,

Пусть единичный вектор t° совпадает с касательной к заряженной поверхности в данной точке, проведенной параллельно одной из сторон контура, например А/а. Тогда

8.31. Образование приповерхностного слоя объемного заряда под влиянием заряженной поверхности в полупроводниках п- и р-типа: