Диагностика металлических образцов по результатам исследования положительно заряженных микрочастиц, образующихся при их разрушении

Процесс разрушения тел сопровождается образованием не только крупных фрагментов, но и множества микроскопических осколков. Многочисленные эксперименты по разрыву образцов из различных материалов показывают, что эти осколки несут положительный электрический заряд. Данное явление представляет значительный интерес с точки зрения его использования для бесконтактной диагностики начинающегося разрушения элементов различных технических устройств. Однако отсутствие понимания физической природы явления ограничивает возможность его практического применения. Экспериментальные исследования проводили с использованием установки, позволяющей напрямую измерять суммарный заряд микрочастиц, образующихся при разрыве металлического образца, а также определять их размер и количество. В результате экспериментов по разрыву образцов из дюралюминия и электротехнической стали установили, что размер микрочастиц составляет несколько десятков микрометров, приходящийся на одну частицу заряд — порядка 10–14 Кл, а их количество можно оценить как отношение площади поперечного сечения образца в месте разрыва к квадрату размера микрочастицы. На основании полученных данных и современных представлений о свойствах электронного газа в металлах предложена приближенная физико-математическая модель образования положительного заряда на отколовшейся металлической микрочастице. Модель дает возможность определить заряд образующейся микрочастицы, если известны ее размеры, а также механические и электрические свойства материала. Модельные оценки суммарного заряда частиц по порядку величины совпадают с экспериментальными данными.

электростатическая диагностика, разрушение тел, микрочастицы, электризация, электронный газ в металлах, двойной электрический слой

1. Ватажин А. Б., Голенцов Д. А., Лихтер В. А., Шульгин В. И. Проблема бесконтактной электростатической диагностики состояния авиационных двигателей. Теоретическое и лабораторное моделирование / Изв. РАН. МЖГ. 1997. № 2. С. 83 – 95.

2. Божков А. И., Ватажин А. Б., Голенцов Д. А., Лихтер В. А. Электрические поля, создаваемые реактивными струями авиационных двигателей. Теоретическое и лабораторное моделирование / Аэромеханика и газовая динамика. 2003. № 2. С. 49 – 59.

3. Ватажин А. Б., Улыбышев К. Е. Модель формирования электрического тока выноса в каналах авиационных реактивных двигателей / Изв. РАН. МЖГ. 2000. № 2. С. 139 – 148.

4. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т. 4. Статистическая физика. — М.: Наука, 1964. — 567 с.

5. Теория неоднородного электронного газа. / Под ред. С. Лундквиста, Н. Марча. — М.: Мир, 1987. — 400 с.

6. Бабичев А. П., Бабушкина Н. А., Братковский А. М. и др. Физические величины: Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

7. Maxwell J. C. A Treatise on Electricity and Magnetism. — Dover, 1873. — 266 p.

8. Rawlins A. D. Note on the Capacitance of Two Closely Separated Spheres / IMA Journal of Applied Mathematics. 1985. N 34(1). P. 119 – 120.

9. Smythe W. R. Static and Dynamic Electricity. — NY: McGraw-Hill, 1950.