Реферат: Электризация веществ. Гексафторид серы

Электризация веществ. Гексафторид серы

Электризация веществ. Гексафторид серы

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ

.1      Легенда об открытии электризации

.2      Группы веществ

.2.1   Полярные диэлектрики

.2.2   Неполярные диэлектрики

2. ПРОЦЕСС ЭЛЕКТРИЗАЦИИ

2.1 Интенсивность электризации

2.2 Накопление зарядов

2.3 Диэлектрическая непроницаемость

3. ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ЖИДКОСТЕЙ

3.1 Вода

3.2 Электризация различного топлива

3.3 Гексафторид серы

3.3.1 Использование гексафторида серы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Статическое электричество (электризация) - совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках.

Процесс электризации заключается в том, что диэлектрики в результате взаимодействия между собой или с металлами в определенных условиях приобретают заряды статического электричества. При электризации одно тело приобретает или отдает другому электрические заряды преимущественно одного знака. Обмен зарядами между взаимодействующими телами происходит на границе их соприкосновения или вблизи ее в результате сложных физико-химических процессов.

Под статическим электричеством понимается совокупность явлений, связанных с возникновением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках (ГОСТ 12.1.0.18).

Заряды статического электричества могут накапливаться и на людях, особенно при пользовании обувью с не проводящими электрический ток подошвами; одеждой и бельем из шерсти, шелка и искусственных волокон; при передвижении по непроводящему покрытию пола и при выполнении ряда ручных операций с веществами-диэлектриками, например на отделочных работах, резке пенополистирола и др.

Исследованиями ученых доказано, что потенциал изолированного от земли человеческого тела может достигать 7000 В и более. Величина энергии разряда определяет и степень электрического удара, ощущаемого человеком, и опасность разряда в виде искры, с точки зрения возможности возникновения взрыва и пожара.

. ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ

.1 Легенда об открытии электризации

Древние греки очень любили украшения и мелкие поделки из янтаря, названного ими за его цвет и блеск «электрон» - что значит «солнечный камень». Отсюда произошло, правда много позже, и самое слово электричество. Способность янтаря электризоваться была известна давно. Впервые исследованием этого явления занялся знаменитый философ древности Фалес Милетский. Вот как об этом рассказывает легенда. Дочь Фалеса пряла шерсть янтарным веретеном, изделием финикийских мастеров. Как-то, уронив веретено в воду, девушка стала обтирать его краем своего шерстяного хитона и заметила, что к веретену пристало несколько шерстинок. Думая, что они прилипли к веретену, потому что оно все еще влажно, она принялась вытирать его еще сильнее. И что же? Шерстинок налипало тем больше, чем сильнее натиралось веретено. Девушка обратилась за разъяснением этого явления к отцу. Фалес понял, что причина в веществе, из которого сделано веретено, и в первый же раз, как к пристани Милета подошел корабль финикийских купцов, он накупил различных янтарных изделий и убедился, что все они, будучи натерты шерстяной материей, притягивают легкие предметы, подобно тому, как магнит притягивает железо.

Электризация наблюдается также при трении жидкостей о металлы в процессе течения, а также разбрызгивания при ударе. Впервые электризация жидкости при дроблении была замечена у водопадов в Швейцарии в 1786 году. С 1913 года явление получило название баллоэлектрического эффекта.

Покоритель Джомолунгмы Н. Тенсинг в 1953 году в районе южного седла этой горной вершины на высоте 7,9 км над уровнем моря при 300 С и сухом ветре до 25 м/с наблюдал сильную электризацию обледеневших брезентовых палаток, вставленных одна в другую. Пространство между палатками было наполнено многочисленными электрическими искрами. Движение лавин в горах в безлунные ночи иногда сопровождается зеленовато-желтым свечением, благодаря чему лавины становятся видимыми.

Шарль Дюфэ (1698-1739) установил два рода электрических взаимодействий: притяжение и отталкивание. Сначала он установил, что “наэлектризованные тела притягивают ненаэлектризованные и сейчас же их отталкивают, как только они наэлектризуются вследствие соседства или соприкосновения с наэлектризованными телами”. В дальнейшем он открыл “другой принцип, более общий и более замечательный, чем предыдущие”. “Этот принцип, - продолжает Дюфэ, - состоит в том, что существует электричество двух родов, в высокой степени отличной один от другого : один род я называю “стеклянным” электричеством, другой - смоляным. Особенность этих двух родов электричества: отталкивать однородное с ним и притягивать противоположное. Так, например, тело, наэлектризованное стеклянным электричеством, отталкивает все тела со стеклянным электричеством, и, обратно, оно притягивает тела со смоляным электричеством. Точно так же смоляное отталкивает смоляное и притягивает стеклянное. Этот закон был опубликован Дюфэ в Мемуарах Парижской Академии наук за 1733 г.

Представление о положительном и отрицательном зарядах, было введено в 1747 году Франклином. Эбонитовая палочка от электризации о шерсть и мех заряжается отрицательно, потому что отрицательным назвал заряд, образующийся на каучуковой палочке В.Франклин. А эбонит это каучук с большой примесью серы. Заряд, который образуется на стеклянной палочке, потертой о шелк, Франклин назвал положительным. Но во времена Франклина существовал только натуральный шелк и натуральный мех. Сегодня порой трудно бывает отличить натуральный шелк и мех от искусственного. Даже разные сорта бумаги электризуют эбонит по разному. Эбонит приобретает отрицательный заряд от соприкосновения с шерстью (мехом) и капроном, но положительный от соприкосновения с полиэтиленом.

.2      Группы веществ

Электризация определяется природой вещества. Все вещества можно разделить на 3 группы:

) Проводник - это тело, внутри которого содержится достаточное количество свободных электрических зарядов, способных перемещаться под действием электрического поля. В проводниках возможно возникновение электрического тока под действием приложенного электрического поля. Все металлы, растворы солей и кислот, влажная почва, тела людей и животных -хорошие проводники электрических зарядов. Такие вещества электризоваться не способны. Это металлы, сажи, электролиты.

) Антистатическое вещество - позволяет избавиться от статического эффекта, присущего всем полимерам. Избавиться от него иногда не просто желательно, но иногда и просто необходимо. Например, при изготовлении корпусов под аудио и видеотехнику. Действующим веществом, чаще всего, служат алкиламины. Эти вещества электризоваться не способны и заряд другого тела через них отведен быть не может. Это ацетон, бумага, древесина, стекло, кожа и др.

) Диэлектрики (изоляторы) - это вещества, в которых практически отсутствуют свободные носители зарядов.

Термин «диэлектрик» происходит от греческого слова dia - через, сквозь и английского слова electric - электрический. Этот термин ввел М. Фарадей в 1838 г. для обозначения веществ, в которые проникает электрическое поле.

Резкой границы между проводниками и диэлектриками нет, так как все вещества в той или иной степени способны проводить электрический ток. Но если в веществе свободных зарядов в 1015-1020 раз меньше, чем в металлах, то в таких случаях слабой проводимостью вещества можно пренебречь и считать его идеальным диэлектриком.

Почти все заряженные частицы внутри диэлектрика связаны между собой и не способны передвигаться по объему тела. Они могут только незначительно смещаться относительно своих равновесных положений.

Диэлектриками являются все неионизированные газы, многие чистые жидкости (дистиллированная вода, масла, бензины) и твердые тела (пластмассы, стекла, керамика, кристаллы солей, сухая древесина).

Существуют полярные, неполярные и кристаллические диэлектрики.

.2.1 Полярные диэлектрики

У полярных диэлектриков молекула такая, что ее ядро и электроны находятся друг от друга на некотором расстоянии, то есть сдвинуты положительный и отрицательный центры. Поэтому молекулу называют электрическим диполем. К полярным диэлектрикам относятся дистиллированная вода, спирт. Некоторые из них представлены на рисунке 1:

Рисунок 1 ¾ Полярные диэлектрики

В молекулах полярных диэлектриков (, спирты, НС1...) центры тяжести зарядов разных знаков сдвинуты друг относительно друга. В этом случае молекулы обладают собственным дипольным моментом . Но эти дипольные моменты в отсутствие внешнего электрического поля из-за теплового движения молекул ориентированы хаотически и суммарный дипольный момент такого диэлектрика равен нулю, т. е.

1.3 Неполярные диэлектрики

Неполярный диэлектрик - диэлектрик, не содержащий электрические диполи, способные к переориентации во внешнем электрическом поле.

У неполярных диэлектриков молекула симметричная. Вещества: парафин, бензол, азот и др. На рисунке 2 представлены некоторые неполярные диэлектрики:

Рисунок 2 ¾ Неполярные диэлектрики

Диэлектрик называют неполярным, если в его молекулах в отсутствие внешнего электрического поля центры тяжести отрицательных и положительных зарядов совпадают, например,  Для них дипольный момент , т. к. . И, следовательно, суммарный дипольный момент неполярного диэлектрика .

2. ПРОЦЕСС ЭЛЕКТРИЗАЦИИ

электризация диэлектрик неполярный сера

Процесс электризации относится к поверхностным явлениям. На поверхности раздела двух веществ (сред) возникает двойной электрический слой, для твердых тел - за счёт контактной разности потенциалов, для жидкостей - за счёт взаимного притяжения ионов жидкости и воздуха. Возникающий двойной электрический слой в этом случае называется адсорбционным двойным электрическим слоем. Если на поверхности раздела двух твёрдых тел присутствует влага, то возникает электролитический двойной электрический слой.

Возникновение двойного электрического слоя может быть связано с выделением энергии при трении, фазовых превращениях вещества. В любом случае две поверхности несут разноименный заряд, возникающий на границе раздела двух сред. Для всех веществ контактная разность потенциалов сейчас известна и равняется от 0,1 до сотен миллионов вольт.

Суммарный заряд Q должен остаться постоянным, но так как ? растёт до десятков сантиметров, ёмкость С уменьшается, то возрастает разность потенциалов от 102 В до 105 В.

Процесс генерации зарядов начинается в последней точке контакта (точка А). Двойной электрический слой не статическое электричество и измерить его нельзя, так как заряд связан. С момента времени ₀ (начало отрыва поверхностей) начинается генерация и одновременное рассеивание зарядов. Будет ли на поверхностях статическое электричество зависит от того, что будет происходить быстрее, генерация или же рассеивание.

2.1 Интенсивность электризации

Интенсивность электризации зависит:

·        от скорости разделения двойного электрического слоя (скорость движения, перемещения);

·        электрического состояния контактирующих поверхностей;

·        процесса заряжения за счёт ориентации диполей ( чем выше коэффициент трения, тем электризация выше);

·        площади контакта (чем меньше частицы, тем больше их поверхность и выше электризация);

·        влияния внешнего электрического поля (заряжение по индукции).

.2 Накопление зарядов

В производственных условиях накопление зарядов статического электричества происходит в следующих случаях:

·        При наливе электризующихся жидкостей (этилового эфира, сероуглерода, бензола, бензина, толуола, этилового и метилового спирта) в незаземленные резервуары, цистерны и другие емкости. Генерация зарядов достигает 18000-20000 В (при свободном падении струи жидкости в наполняемые сосуды и большой скорости истечения жидкостей);

·        Во время протекания жидкостей по трубам, изолированным от земли, или по резиновым шлангам с увеличением скорости истечения жидкости величина заряда и его мощность увеличиваются;

·        Во время перевозки жидкостей в незаземленных цистернах и бочках.

·        При фильтрации через пористые перегородки или сетки;

·        При очистке тканей, загрязненных диэлектрическими жидкостями, и тому подобных процессах;

·        При движении пылевоздушной смеси в незаземленных трубах и аппаратах (пневмотранспорте, при размоле, просеивании, аэросушке, процессах в кипящем слое и т.п.);

·        В процессах перемешивания веществ в смесителях;

·        При механической обработке пластмасс (диэлектриков) на станках и вручную;

·        Во время трения трансмиссионных ремней (прорезиненных и кожаных диэлектриков) о шкивы. По данным проф. Б.И. Угрюмова, при скорости кожаного ремня 15 м/с был зафиксирован потенциал порядка 70000-80000 В;

·        От трения шлифовальной шкурки (ленточно-шлифовального станка) о шкивы, утюжок и обрабатываемый материал;

·        От трения диэлектриков между собой, например пенополистерола.

.3 Диэлектрическая проницаемость

Таким образом, во всех диэлектриках, помещенных в электростатическое поле, происходит уменьшение напряженности этого поля. Степень ослабления поля зависит от свойств диэлектрика. Для характеристики электрических свойств диэлектриков вводится особая величина, называемая диэлектрической проницаемостью.

Диэлектрическая проницаемость ε - это физическая величина (1), равная отношению модуля напряженности электрического поля E0 в вакууме к модулю напряженности электростатического поля Ε внутри однородного диэлектрика

 (1)

Диэлектрическая проницаемость некоторых веществ приведена в таблице 1.

Таблица 1 ¾ Диэлектрическая проницаемость веществ

3. ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ ЖИДКОСТЕЙ