Бензин и статическое электричество

Хайпуем на актуальной этим летом теме. Поговорим сегодня об электризации диэлектриков и заряде проводников, об электрическом пробое, а также обсудим вопросы о транспортировке топлива.

Для начала вспомним, что диэлектрик от проводника отличается отсутствием свободных носителей заряда. Если в проводниках эти носители есть, как, например, в металлах, о которых я часто рассказываю (например, тут), то в диэлектриках все заряды сидят на своих местах и не двигаются (если только совсем чуть-чуть), как, например, в пластике, стекле или бензине.

Из-за того, что в диэлектрике заряды не могут двигаться, каждый участок поверхности может накапливать большой заряд. В металлах, в свою очередь, свободно движущиеся электроны разносят привнесённый извне заряд по всей площади изделия, уменьшая плотность заряда и не давая ему скапливаться в одном месте. А привносятся заряды, как в нашем случае, с помощью трения. При контакте двух поверхностей они отрываются от одной, вызывая в ней недостаток зарядов, и приклеиваются к другой, создавая их избыток. Это называется трибоэлектрическим эффектом — тем самым из школьной физики с трением эбонитовой палочки о шерсть.

А теперь применим эту теорию к топливу и поговорим о темах, с которыми водители могут сталкиваться в реальной жизни.

Нужно ли заземление бензовозу?

При движении бензовоза бензин плещется и трётся о стенки цистерны, обмениваясь с ней зарядами, и вызывает накопление заряда на резервуаре. Раньше сзади бензовоза по дороге волочилась цепь (видели?) для отвода статического заряда. Со временем поняли, что такой метод не очень эффективен: контакт с дорогой ненадёжный, да и сама цепь могла искрить. Сейчас вместо цепи применяют специальные токопроводящие графитовые добавки в шины автомобиля, и заряд с цистерны потихоньку стекает в землю.

Заземление крайне необходимо именно при сливе топлива из цистерны. Когда оно огромным потоком течёт через фильтры, насосы и другие элементы системы, заряды разделяются. В какой-то момент из-за разбрызгивания и турбулентности может возникнуть опасное сочетание: заряженная поверхность, воздух с парами бензина и заряженное топливо. Когда разность потенциалов между элементами бензовоза и жидким топливом достигает критической величины, а смесь воздуха и паров оказывается в нужной пропорции, может произойти пробой этой воздушно-паровой прослойки (искра), а затем воспламенение. Поэтому перед сливом топлива на заправке бензовоз первым делом подключают к специальному заземляющему устройству, и заряд на нём уже не накапливается.

Куда лить — в металл или пластик?

Понятно, что все льют чуть ли не себе в карман, но у физики задача – предупредить.

Цистерна бензовоза изготовлена из металла, в котором накопленный при трении заряд распределяется практически равномерно по всей оболочке бака. Поэтому локальная плотность заряда в металле всегда ниже, и пробой наступает позже, чем у диэлектрика. К тому же, бензин вытесняет из цистерны воздух, и внутри его остаётся слишком мало для образования взрывоопасной смеси с парами. Поэтому стоит вопрос, а нужно ли вообще заземление при движении?

Аналогично это работает и с канистрами. Вопрос, можно ли наливать бензин в пластиковую канистру, волнует многих водителей. Когда вы наливаете бензин из обычной пластиковой канистры, которую зарядило трение топлива и катание по багажнику, между горлышком и кузовом стоящего на земле автомобиля возникает разность потенциалов и сильное электрическое поле. При достаточном напряжении в пространстве у открытой струи с парами бензина может возникнуть пробой. С металлической канистрой такого не случится, т.к заряд распределяется по всей поверхности и не локализуется у горлышка, а через руку и тело он постепенно уходит в землю. Именно поэтому обычные пластиковые канистры для бензина не рекомендуются. Можно использовать только специальные с графитовыми добавками — они становятся частично проводящими и накапливают заряд гораздо слабее.

Надеюсь, что понятно осветил самые популярные вопросы о бензине и статическом электричестве. Если есть дополнительные — пишите в комментарии.