液体静电

流体在流动、搅拌、沉降、过滤、摇晃、喷射、飞溅、冲刷、灌注等过程中都可能产生静电。这种静电常常能引起易燃液体和可燃液体的火灾和爆炸。因此，研究液体的静电是非常重要的。

1.在液体介质中产生静电的几种形式

（1）流动带电 液体在流动中的摩擦带电是工业生产中

颇为常见的一种静电带电形式。如汽油、航空煤油等低电导率的轻质油品在管线中输送时，又如苯通过有滤网的漏斗倒入试瓶时，甚至在用蘸有汽油的棉纱洗涤金属或衣物时都有静电发生。

（2）喷射带电 当液体从管口喷出后在与空气接触时，它将被分散成许许多多的小液滴。较大的液滴很快地沉降，而另外一些微小的液滴停滞在空气中形成雾状的小液滴云，带有大量的电荷。例如水或甲醇在高压喷出后形成的雾状小液滴就带大量电荷而形成电荷云。

（3）冲击带电 当液体从管口喷出后遇到器壁或挡板的阻碍时，飞溅起的小液滴同样会在空间形成电荷云。例如汽油经过顶部管口注入到储油或罐或油槽车的过程中，油柱下落时对器壁发生冲击，引起飞沫、雾滴而带电。

（4）沉降带电 当在绝缘液体中，例如在轻质油品中含有固体颗粒杂质或水分，且这些颗粒或凝聚成的大水滴向下沉降时，也有静电产生。

2.液体介质静电起电机理

（1）液体与固体界面偶电层的形成 液体与固体界面处偶电层的形成是一个相当复杂的化学过程。形成偶电层的直接原因是正、负离子的转移。偶电层上的电位差通常称为电动电位或 ζ 电位。一般认为，液体在固体表面的电荷层由两部分组成：一部分是紧贴在固体表面的电荷层称为紧密层，该层厚度只相当于一个分子直径的数量级，其所带电荷与界面上固体一侧的电荷符号相反；另一部分的电荷与紧密层电荷符号相反，其厚度则为分子直径的几十倍至几百倍，称为扩散层。

如图 1所示为液体在管道内流动时静电荷的分布情况。固体界面上是一层正电荷，在液体中紧密层内是负电荷，而在扩散层内也是正电荷。如图所示，正电荷随着液体流动形成液流电流（或冲流电流）。冲流电流的大小在数值上等于单位时间内通过管道横截面的电量。在图 1所示的情况下，冲流电流与液体的流动方向相同。如果管道是接地，在冲流电流流动过程中，接地的途径上也有相应的电流流过。如果管道是由绝缘材料制成或者是对地绝缘，则在管道上会积累大量的静电。

图 1 液体在管道内流动时静电荷的分布情况

进一步研究表明：在液体层内除按电荷分布情况可将液体层分为紧密层和扩散层外，还可根据液体层的流速分布情况将其划分为固定层及流动液层两部分，如图 2所示。

图 2 偶电层的模型

上述的偶电层所形成的电场方向是由固体表面指向扩散层。从固体表面至扩散层末端的电位差在化学中称为热力学电位，用 φi表示φi= ε + ζ

式中 ε―――固定层电位；

ζ―――流动液层电位。

偶电层电位变化曲线如图 3所示。

图 3 偶电层电位变化曲线

（2）液体-气体界面的起电 水和其他液体在喷雾和发泡时能产生大量的静电和较高的电动电位。它的起电原理和液体在管道中流动产生的静电不完全一样。

① 液、气间的偶电层都位于接近气体的液体表面之下。

② 带电是由于从表面剥出的微小液滴而产生的，这些带电粒子产生于很薄的表面层里。

③ 当水滴破碎时，大小不等的水滴相比较，小水滴带负电，大水滴带正电。

④ 利用喷雾法得到半径数量级大约为微米级的小液滴，对这些小液滴进行测量后发现：同样大小的液滴带正电和带负电的数目，就平均而言是相等的，即所谓的小液滴对称带电。对小液滴的对称带电可以这样解释：最初，离子均匀地分布在液体中，如果液体分裂成无规则的小液滴而进到气体中后，就形成了具有相同数目的正、负离子。表 1给出了使水溶液喷雾所得到的正、负总电荷量。

表 1 使水溶液喷雾所得到的正、负总电荷量

单位：相对量