Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

В офисах и на производстве работники, имеющие дело с чувствительными полупроводниковыми приборами, которые могут быть выведены из строя этими зарядами, часто носят на запястьях заземленные браслеты, обеспечивающие проводящую цепь между их телом и землей. Сопротивление этой цепи обычно довольно большое, так что заряд на человеке уменьшается постепенно, а не мгновенно, как при прохождении искры.

Почему вас ударяет током, когда вы выходите из автомобиля и закрываете заднюю дверь? Почему ударяет током не во всех автомобилях, а только в некоторых? Почему на платной автодороге, когда вы останавливаетесь перед оператором в терминале оплаты, он не спешит забрать у вас деньги?

Пары бензина легко воспламеняются, тем не менее заполнение бака на заправочной станции — сравнительно безопасная процедура (естественно, если вы по глупости не закурите или не прольете бензин на очень горячую поверхность автомобиля). Однако иногда при заправке автомобиля случайно происходит возгорание. На некоторых видеороликах видно, как человек вставляет пистолет в горловину топливного бака, нажимает кнопку автоматического заполнения и садится обратно в автомобиль, чтобы согреться или забрать что-то из салона. Через несколько минут он вылезает из машины, хочет вытащить пистолет из бака, но когда подходит к ручке пистолета, бензин вспыхивает. Почему?

ОТВЕТ •Движущийся автомобиль заряжается при контакте шин с мостовой, электроны могут растечься по всему металлическому корпусу автомобиля, зарядив его до потенциала 10 000 В и более.

Если вы остановитесь, прекратится и процесс передачи заряда от мостовой к шинам, и избыточный заряд стечет через шины обратно с автомобиля на мостовую. Однако скорость этого процесса зависит от того, насколько велика проводимость шин. Если они сделаны из проводящего технического углерода (на полимерной связке), электроны уйдут достаточно быстро, если же они сделаны из непроводящего диоксида кремния (на полимерной связке), процесс стекания электронов может занять больше времени.

Предположим, шины вашего автомобиля имеют некую среднюю проводимость — такую, что автомобилю потребуется больше минуты на то, чтобы в значительной степени разрядиться. Предположим также, что вы вышли из машины сразу после ее остановки и, открывая дверь, беретесь только за пластмассовую (непроводящую) ручку. Когда вы подойдете к задней металлической двери, чтобы закрыть ее, оставшиеся на корпусе автомобиля электроны перейдут через воздушный промежуток на ваши пальцы в результате пробоя, растекутся по вашему телу или начнут через него уходить в землю. При утренней поездке на работу или в школу это взбодрит вас лучше всякого кофе. Однако если вы хотите избежать удара током, то либо выжидайте несколько минут, чтобы заряд с машины полностью ушел, либо, прежде чем закрывать дверь, прикоснитесь к корпусу каким-либо металлическим предметом (монеткой, ключом и т. п.).

Внутри автомобиля водитель может остаться электронейтральным, если не будет притрагиваться к проводящим (а только к пластмассовым) частям. Однако и в этом случае он зарядится посредством индукции: подвижные электроны в теле водителя уйдут подальше от электронов, скопившихся на окружающих водителя проводящих частях машины. Предположим, водитель в таком заряженном состоянии подъезжает к терминалу оплаты. Если он сразу же дотронется до оператора терминала (заземленного), чтобы передать деньги или карту оплаты, между ними может проскочить искра, так как электроны на теле водителя постараются разбежаться подальше друг от друга.

Искра вряд ли возникнет во влажный день, поскольку влага, содержащаяся в воздухе, быстро отводит заряд и с водителя, и с автомобиля. А вот в сухой день оператору нужно выждать пару десятков секунд, прежде чем прикоснуться к протянутым деньгам, чтобы и с машины стек заряд, и индуцированный заряд на водителе уменьшился. Однако если водитель ждет в очереди, то к тому времени, как он подъедет к терминалу, заряд, возможно, уже исчезнет.

Раньше пожары при заливании бензина в бак на заправочных станциях иногда возникали из-за неудачной конструкции входной горловины топливных баков, сейчас их конструкция улучшена. Неприятность состоит в том, что, когда бензин течет через трубу, он заряжается. Слой бензина, непосредственно граничащий со стенками, так называемый пограничный слой, не двигается. Когда остальной бензин движется относительно пограничного слоя, электроны из него переходят в движущуюся часть жидкости. В результате пограничный слой становится положительно заряженным, а в топливный бак течет отрицательно заряженный бензин.

Если топливный бак сделан из пластмассы, то есть не является проводником, эти отрицательные заряды собираются на внутренней поверхности бака и отталкивают электроны, находящиеся на любой ближайшей проводящей поверхности автомобиля. Эти отвергнутые электроны уходят подальше от бака, и некоторые из них могут закончить свой путь на участке корпуса автомобиля вблизи бензинового шланга. В этом случае между двумя поверхностями может проскочить искра и поджечь пары бензина, образующиеся при протекании горючего по шлангу. Чтобы исправить проблему, автомобиль заземляется с помощью шланга, и тогда заряд не будет собираться на корпусе автомобиля вблизи шланга.

Водитель автомобиля может оказаться заряженным, даже если автомобиль не движется, поскольку к переносу зарядов может привести контакт между одеждой водителя и материалом сиденья автомобиля. Предположим, водитель начинает заправлять бак топливом, нажав на рукоятке пистолета кнопку автоматического режима заправки, а потом зачем-то садится обратно в автомобиль. После того как он поерзает на сиденье, а потом вернется к бензонасосу, он уже будет нести на себе значительный заряд. Если между заправочным пистолетом и водителем проскочит искра, она может поджечь пары бензина и вызвать пожар. Водитель может избежать этой опасности, если не будет садиться в машину во время заправки или же, прежде чем браться за шланг, прикоснется к металлической заземленной конструкции.

Гоночные автомобили останавливаются для заправки после того, как проехали по трассе на огромной скорости и, соответственно, набрали большой заряд при контакте шин с покрытием трассы. Обычно механики начинают заливку топлива сразу после остановки либо с помощью шланга, либо из канистры. При этом вблизи входного отверстия топливного бака быстро накапливаются пары бензина. Чтобы в парах не пробежала искра, автомобиль либо заземляют сразу после остановки (к металлическому корпусу автомобиля приставляется длинный проводящий шест), либо на колеса автомобиля надеваются хорошо проводящие шины, через которые заряд быстро уходит в землю. Однако последнее решение не всегда желательно, поскольку проводящие шины (содержащие технический углерод) изнашиваются быстрее, чем непроводящие (содержащие диоксид кремния).