Реферат: Электризация веществ. Гексафторид серы

Электропроводность жидких диэлектриков тесно связана с составом жидкости. В неполярных - электропроводимость зависит от диссоциируемых примесей. В полярных - определяется не только примесями, но и диссоциацией молекул самой жидкости. Ток в жидкости может быть обусловлен как передвижением ионов, так и перемещение относительно крупных коллоидных веществ. Невозможность полного удаления, способность диссоциации примесей из жидкого диэлектрика затрудняет получение электроизоляционных жидкостей с малыми значениями удельной проводимости.

Полярные жидкости всегда имеют повышенное значение проводимости по сравнению с неполярными. Причём возрастание диэлектрической проницаемости приводит к росту проводимости. Сильно полярные жидкости отличаются настолько высокой проводимостью, что рассматриваются уже как проводники с ионной проводимостью.

Очистка жидких диэлектриков от содержащихся в них примесей заметно повышает их удельное сопротивление. При длительном пропускании электрического тока через нейтральный жидкий диэлектрик, также можем наблюдать возрастание сопротивления за счёт переноса свободных ионов к электродам(электрическая очистка).

Удельная проводимость любой жидкости сильно зависит от температуры. С увеличением температуры возрастает подвижность ионов в связи с уменьшением вязкости и может увеличиваться степень тепловой диссоциации молекул. Оба этих фактора повышают проводимость.

3.1 Вода

Проделав несложный опыт можно удостовериться, что вода электризуется.  Вода, если в ней нет примесей, электричество не проводит. Ее тоже можно наэлектризовать на расстоянии.

Пустив из крана очень тонкую струйку воды, самую тонкую, какая только получится. Струя должна вытекать совершенно спокойно, ровно. Поднесите к ней немного ниже крана наэлектризованную расческу. Вы увидите, как струя отклонилась к ней (рисунок 3).

Рисунок 3 ¾ Отклонение струи воды к расчёске

На расстоянии, через воздушный промежуток, в струе появились электрические заряды. На той стороне струи, которая ближе к расческе, заряды получаются противоположного знака, а на дальней от расчески стороне электрические заряды будут такие же, как и на самой расческе (рисунок 4).

Рисунок 4 ¾ Притяжение противоположных зарядов

Ближние противоположные заряды потянутся, чтобы соединиться с зарядами расчески, и струя отклонится в том же направлении.

.2 Электризация различного топлива

В известных условиях среднедистиллятные углеводородные топлива могут электризоваться. В этом случае в объеме жидкости накапливаются заряды электростатического электричества, разность потенциалов которых может достигнуть большой величины, превысить пробивное напряжение и стать причиной электрических искровых разрядов вблизи поверхности раздела фаз топливо-воздух.

Анализ 63 несчастных случаев (рисунок 5), связанных с накоплением в нефтяных топливах статического электричества, выявил следующие причины взрывов и пожаров (в %):

Рисунок 5 ¾ Причины взрывов и пожаров (в %)

Взрыв паровоздушной топливной смеси из-за чрезмерного скопления статического электричества возникает лишь при определенных условиях. К их числу относятся следующие:

.        Накопление электрического заряда достаточной величины.

.        Наличие над жидким топливом паровоздушной смеси, в которой топливные пары будут находиться в пределах взрывоопасных концентраций.

.        Электрический разряд должен быть настолько мощным, чтобы вызванная им искра явилась источником взрыва паровоздушной топливной смеси.

Пожарная безопасность топлив определяется главным образом их температурой вспышки. Именно этот показатель положен в основу классификации топлив многих стран. Температура вспышки определяется пределами выкипания топлив, а следовательно, их фракционным составом. Взрывоопасные концентрации паровоздушной топливной смеси также зависят от фракционного состава топлив. Для авиационных топлив пределы взрывоопасных концентрацией с увеличением высоты полета (понижения атмосферного давления) будут смещаться в сторону более низких температур.

Пределы взрывоопасных концентраций паровоздушных топливных смесей обычно составляют от 1,3 до 7 объемн. %. Для легких дистиллятов этот предел определяется весовым отношением: пары топлива : воздух=1 : 8- 1 : 18.

Замечено, что из-за различных условий (конфигурация топливного резервуара и парогазового пространства, повышенная концентрация растворенного кислорода в топливе, давление в емкости, вспениваемость топлива из-за перемешивания, налива или перекачки) температура вспышки топлива приблизительно на 7°С ниже, чем по данным лабораторного определения.

Пожарная безопасность определяется также проводимостью топливом электричества. Углеводородная смесь плохой проводник электричества. Ее удельное сопротивление очень велико. Ниже приведены значения удельных сопротивлений (рисунок 6) некоторых нефтепродуктов (в ом•м):

Рисунок 6 ¾ Значения удельных сопротивлений некоторых нефтепродуктов

По мере накопления продуктов окисления проводимость топлива возрастает. Так, исследовано изменение проводимости дизельного топлива, метилдодецена и додецил бензол а в условиях поглощения ими кислорода (искусственного старения). Поглощение кислорода фиксировалось не только количественно, но и путем определения функциональных групп продуктов окисления: кислот, карбонильных и гидроксильных соединений. Из данных (таблицы 2) видно, что с увеличением количества поглощенного кислорода (окисление велось при 110°С в присутствии меди) проводимость топлив и углеводородов заметно возрастает. Интересно, что проводимость возрастает и при индукционном периоде, когда количественно оценить поглощенный кислород не представляется возможным. В дизельном топливе индукционный период составляет около 20 ч, для метилдодецена более 40 ч, а для додецил бензол а более 20 ч. Именно у додецилбензола проводимость после 44 ч окисления достигла такой величины, которая в дизельных топливах и метилдодецене наблюдалась лишь через 150 ч окисления. По-видимому, продукты окисления метилдодецена оставались преимущественно в виде истинного раствора в углеводороде, а в додецилбензоле в виде мелкодисперсной фазы с частицами размером, характерным для коллоидного раствора. Подобно додецил бензолу окислялись и дизельные топлива, содержавшие значительное количество ароматических углеводородов.

Таким образом, длительность хранения топлив, степень их окисления оказывают большое влияние на проводимость и, следовательно, на скорость и величину накопления заряда электростатического электричества.

Релаксация (и в связи с этим последующее исчезновение накопленного в топливе электрического заряда) является функцией времени и определяется проводимостью жидкости. Чем выше проводимость, тем меньше времени необходимо для релаксации заряда, тем быстрее выравнивается разность потенциалов. Для топлив с одинаковой диэлектрической проницаемостью скорость рассеивания заряда тем больше, чем больше проводимость.

Таблица 2 ¾ Изменение проводимости в процессе окисления (старения) топлива и углеводородов

3.3    Гексафторид серы (SF₆)

Элегаз (шестифтористая сера или гексафторид серы, SF6) - тяжелый газ, при нормальных условиях в 6 раз тяжелее воздуха, практически бесцветный (рисунок 7). Обладает высокими электроизолирующими свойствами, высоким напряжением пробоя, при этом практически инертен - инертность выше, чем у азота и немного не дотягивает до инертности гелия. Элегаз (SF6) - бесцветный, нетоксичный, негорючий газ без запаха. Молекула имеет октаэдрическую конфигурацию. Не взаимодействует со щелочами, кислотами, окислителями, восстановителями. Устойчив к действию расплавленного натрия. Гексафторид серы очень слабо растворяется в воде; растворяется в неполярных органических растворителях. При атмосферном давлении возгоняется из твердого состояния в газообразное, минуя жидкость.

Шестифтористая сера является значительно более эффективным диэлектриком, чем воздух, или сухой азот.

Рисунок 7 ¾ Элегаз (шестифтористая сера или гексафторид серы, SF₆)

3.3.1 Использование гексафторида серы

Гексафторид серы используется в качестве:

·        диэлектрика в электротехнической промышленности, а именно для наполнения контактных камер высоковольтных выключателей;

·        технологической среды в электронной и металлургической промышленности;

·        в системах газового пожаротушения в качестве пожаротушащего вещества;

·        как хладлагент благодаря высокой теплоемкости, низкой теплопроводности и низкой вязкости;

·        как реагент для плазмохимического травления полупроводников;

·        в качестве метки при изучении скоростей и направлений движения потоков воздуха в зданиях и вентиляционных системах;

·        как рабочее тело в газовых химических лазерах;

·        для лазерохимического разделения изотопов серы;

·        в качестве контрастного материала при исследовании кровеносных сосудов ультразвуком;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наэлектризованная жидкость, протекающая по металлическому трубопроводу, сама по себе никакой опасности не создает. Аварийное состояние может иметь место при наличии открытой поверхности заряженной горючей жидкости. Этому условию соответствуют операции по заполнению резервуаров нефтепродуктами, которые на пути в резервуар приобрели значительный заряд СЭ, при этом над зеркалом жидкости существует легковоспламеняющаяся паровоздушная смесь и электрическое поле зарядов СЭ. При достаточно высокой плотности зарядов напряженность электрического поля может достигать критических значений, при которых в пространстве над зеркалом жидкости возможно развитие электрических разрядов, способных воспламенить паровоздушную смесь. На практике такие разряды могут развиваться с выступающих элементов конструкции внутри резервуара или со среза наливной трубы. Аналогичные условия возникают в случае погружения в резервуар, только Что заполненный наэлектризованной жидкостью, каких-либо предметов в целях измерения уровня или взятия пробы жидкости. В этом случае электрическое поле концентрируется около вводимого в резервуар предмета и напряженность его в определенных условиях может также достигать разрядных значений.

На предприятиях с правильно спроектированным и тщательно смонтированным технологическим оборудованием в ходе его нормальной эксплуатации перечисленные условия не должны иметь места и их возникновение носит случайный аварийный характер. Следовательно, возможность возникновения пожара в результате разрядов СЭ - явление вероятностное, так как обусловливается необходимостью одновременного проявления названных выше трех случайных условий. Это обстоятельство, как правило, учитывается еще на стадии проектирования технологических установок внесением в проект необходимого минимума средств защиты от СЭ, с тем чтобы избежать неоправданно высоких капитальных затрат.

Аналогичную угрозу инициирования воспламенения горючей среды создают плавающие на поверхности наэлектризованных нефтепродуктов проводящие предметы. Разряд с таких предметов по концентрации энергии в канале искры может обладать большой воспламеняющей способностью. Дрейф заряженного предмета к стейке резервуара до касания с ней таит опасность возникновения разрядной искры с энергией, часто достаточной для воспламенения паров всех видов нефтепродуктов, заполняющих надтопливное пространство.

В конечном итоге электризация в жидкости, как было сказано выше, при малейшем несоблюдении элементарных правил пожарной безопасности может привести к серьёзным последствиям, что категорически противоречит нормам безопасности. Если бы человечество не решало данную проблему, то в скором, то что было создано человеком приходило бы в негодность очень быстро, что представляло бы большой вред как самому человеку так и природе.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.      Электризация веществ [Электронный ресурс].- URL: http://woodroads.ru/zaschita-ot-staticheskogo-elektrichestva/178-elektrizaciya.html

.        Процесс электризации [Электронный ресурс].- URL: http://www.ngpedia.ru/id344334p1.html

.        Неполярный диэлектрик [Электронный ресурс].- URL: http://www.ngpedia.ru/id006798p1.html

.        Антистатики [Электронный ресурс].- URL: http://www.polymery.ru/dobavka.php?id=9

.        Школьная физика [Электронный ресурс].- URL: http://class-fizika.narod.ru/8_21.html

.        Электростатика [Электронный ресурс].- URL: http://class-fizika.spb.ru/index.php/opit/666-op-elstat1

.        Лекции по физике [Электронный ресурс].- URL: http://loshkomoiniki.narod.ru/physic/physics/students/allowances/allowance2/lection4/1/1.html

8.      Диэлектрики [Электронный ресурс].- URL: http://fizmat.by/kursy/jelektrichestvo/dijelektrik

.        Способность топлив к электризации [Электронный ресурс].- URL: http://toplivko.ru/reaktivnye-i-dizelnye-topliva/sposobnost-topliv-k-jelektrizacii.html

10.    Элегаз [Электронный ресурс].- URL: <http://aquilon.net.ua/production/rubID/128/id/15>