Napięcie antystatyczne. Elektryczność statyczna w życiu codziennym i w pracy. Zastosowania przemysłowe

Codzienna aktywność każdego człowieka wiąże się z jego poruszaniem się w przestrzeni. Jednocześnie nie tylko spaceruje, ale także podróżuje środkami transportu.

Podczas każdego ruchu następuje redystrybucja ładunków statycznych, zmieniając równowagę wewnętrzną pomiędzy atomami i elektronami każdej substancji. Jest to związane z procesem elektryfikacji, powstawaniem elektryczności statycznej.

W ciałach stałych rozkład ładunków następuje w wyniku ruchu elektronów, a w ciałach ciekłych i gazowych zarówno elektronów, jak i naładowanych jonów. Wszystkie razem tworzą potencjalną różnicę.

Przyczyny powstawania elektryczności statycznej

Najczęstsze przykłady manifestacji sił statycznych są wyjaśniane w szkole na pierwszych lekcjach fizyki, kiedy pocierają szklane i ebonitowe pręty o wełnianą tkaninę i demonstrują przyciąganie do nich małych kawałków papieru.

Znane jest również doświadczenie w odchylaniu cienkiej strugi wody pod wpływem ładunków statycznych skupionych na pręcie ebonitowym.

W życiu codziennym elektryczność statyczna objawia się najczęściej:

podczas noszenia odzieży wełnianej lub syntetycznej;

chodzenie w butach z gumową podeszwą lub wełnianymi skarpetami po dywanach i linoleum;

przy użyciu plastikowych przedmiotów.

Sytuację pogarszają:

suche powietrze w pomieszczeniach;

ściany żelbetowe, z których wznoszone są budynki wielokondygnacyjne.

Jak powstaje ładunek statyczny?

Zazwyczaj ciało fizyczne zawiera równą liczbę cząstek dodatnich i ujemnych, dzięki czemu tworzy się w nim równowaga, zapewniająca jego stan neutralny. Kiedy zostanie naruszony, ciało nabywa ładunek elektryczny określonego znaku.

Statyczny oznacza stan spoczynku, w którym ciało się nie porusza. Wewnątrz jego substancji może wystąpić polaryzacja - przemieszczanie się ładunków z jednej części na drugą lub ich przenoszenie z pobliskiego obiektu.

Elektryfikacja substancji następuje w wyniku nabycia, usunięcia lub oddzielenia ładunków, gdy:

interakcja materiałów pod wpływem sił tarcia lub obrotu;

nagła zmiana temperatury;

napromienianie na różne sposoby;

dzielenie lub przecinanie ciał fizycznych.

Są one rozmieszczone na powierzchni obiektu lub w odległości kilku odległości międzyatomowych. W przypadku ciał nieuziemionych rozprzestrzeniają się one na obszarze warstwy kontaktowej, a w przypadku podłączonych do pętli uziemienia spływają na nią.

Jednocześnie następuje pobieranie ładunków elektrostatycznych przez organizm i ich drenaż. Elektryfikacja jest zapewniona, gdy organizm otrzymuje większy potencjał energetyczny niż wydatkuje do środowiska zewnętrznego.

Z tego przepisu wynika praktyczny wniosek: aby chronić ciało przed elektrycznością statyczną, konieczne jest usunięcie z niego nabytych ładunków do obwodu uziemiającego.

Metody oceny elektryczności statycznej

Substancje fizyczne, w oparciu o ich zdolność do tworzenia ładunków elektrycznych o różnych znakach podczas oddziaływania z innymi ciałami poprzez tarcie, charakteryzują się w skali efektu tryboelektrycznego. Niektóre z nich pokazano na zdjęciu.

Jako przykład ich interakcji można przytoczyć następujące fakty:

chodzenie w wełnianych skarpetkach lub butach z gumową podeszwą po suchym dywanie może naładować organizm człowieka napięciem do 5–6 kV;

nadwozie samochodu jadącego po suchej drodze nabiera potencjału do 10 kV;

pasek napędowy obracający koło pasowe ładowany jest do napięcia 25 kV.

Jak widać potencjał elektryczności statycznej osiąga bardzo duże wartości nawet w warunkach domowych. Ale nie wyrządza nam to dużej szkody, ponieważ nie ma dużej mocy, a jego wyładowanie przechodzi przez dużą rezystancję pól stykowych i mierzy się je w ułamkach miliampera lub nieco więcej.

Ponadto znacznie zmniejsza go wilgotność powietrza. Jego wpływ na wielkość naprężenia ciała w kontakcie z różnymi materiałami przedstawiono na wykresie.

Z jego analizy wynika wniosek: w wilgotnym środowisku elektryczność statyczna objawia się mniej. Dlatego do jego zwalczania stosuje się różne nawilżacze powietrza.

W naturze elektryczność statyczna może osiągnąć ogromne wartości. Kiedy chmury przemieszczają się na duże odległości, gromadzą się między nimi znaczne potencjały, które objawiają się błyskawicą, której energia wystarczy, aby rozbić stuletnie drzewo wzdłuż pnia lub spalić budynek mieszkalny.

Kiedy w życiu codziennym rozładowuje się elektryczność statyczna, odczuwamy „mrowienie” w palcach, widzimy iskry wydobywające się z wełnianych przedmiotów, odczuwamy spadek wigoru i wydajności. Prąd, na działanie którego narażony jest nasz organizm na co dzień, negatywnie wpływa na samopoczucie i stan układu nerwowego, nie powoduje jednak oczywistych, widocznych uszkodzeń.

Producenci przemysłowych urządzeń pomiarowych wytwarzają przyrządy, które pozwalają dokładnie określić wartość napięcia zgromadzonych ładunków statycznych zarówno na obudowach urządzeń, jak i na ciele człowieka.

Jak chronić się przed elektrycznością statyczną w domu

Każdy z nas musi rozumieć procesy, które powodują powstawanie wyładowań elektrostatycznych stanowiących zagrożenie dla naszego organizmu. Powinny być znane i ograniczane. W tym celu organizowane są różnorodne wydarzenia edukacyjne, w tym popularne programy telewizyjne dla ludności.

Pokazują przy pomocy dostępnych środków metody wytwarzania napięcia statycznego, zasady jego pomiaru oraz metody wykonywania działań zapobiegawczych.

Na przykład, biorąc pod uwagę efekt tryboelektryczny, do czesania włosów najlepiej używać grzebieni z naturalnego drewna, a nie z metalu lub plastiku, jak robi to większość ludzi. Drewno ma neutralne właściwości i nie tworzy ładunków przy pocieraniu o włosy.

Aby usunąć potencjał statyczny z karoserii podczas jazdy po suchej drodze, należy zastosować specjalne taśmy antystatyczne przymocowane od spodu. W sprzedaży powszechnie dostępne są różne ich rodzaje.

Jeśli w samochodzie nie ma takiego zabezpieczenia, potencjał napięcia można usunąć, krótko uziemiając nadwozie za pomocą metalowego przedmiotu, na przykład kluczyka do stacyjki samochodu. Szczególnie ważne jest wykonanie tej procedury przed tankowaniem.

Kiedy na odzieży wykonanej z materiałów syntetycznych gromadzi się ładunek elektrostatyczny, można go usunąć oczyszczając opary ze specjalnego kanistra zawierającego kompozycję „antystatyczną”. Ogólnie rzecz biorąc, lepiej używać mniej takich tkanin i nosić naturalne materiały, takie jak len lub bawełna.

Buty z gumowanymi podeszwami również przyczyniają się do gromadzenia ładunków. Wystarczy włożyć do niego antystatyczne wkładki wykonane z naturalnych materiałów, a szkodliwy wpływ na organizm zostanie zredukowany.

O wpływie suchego powietrza, charakterystycznego dla mieszkań miejskich zimą, mówiono już wcześniej. Specjalne nawilżacze lub nawet małe kawałki zwilżonej szmatki umieszczone na akumulatorze poprawiają sytuację i ograniczają powstawanie elektryczności statycznej. Ale regularne czyszczenie na mokro pomieszczeń pozwala szybko usunąć naelektryzowane cząstki i kurz. To jeden z najlepszych sposobów, aby się chronić.

Urządzenia elektryczne gospodarstwa domowego również gromadzą ładunki statyczne na swoich ciałach podczas pracy. Układ wyrównywania potencjałów podłączony do ogólnej pętli uziemiającej budynku ma na celu zmniejszenie ich oddziaływania. Nawet prosta wanna akrylowa czy stara konstrukcja żeliwna z takim samym wkładem jest podatna na ładunki elektrostatyczne i wymaga podobnego zabezpieczenia.

Jak chronić się przed elektrycznością statyczną podczas produkcji

Czynniki zmniejszające wydajność sprzętu elektronicznego

Wyładowania powstające podczas produkcji materiałów półprzewodnikowych mogą wyrządzić ogromne szkody, zakłócić właściwości elektryczne urządzeń, a nawet je zniszczyć.

W warunkach produkcyjnych wyładowanie może być losowe i zależeć od wielu różnych czynników:

wielkość utworzonej pojemności;

potencjał energetyczny;

rezystancja elektryczna styków;

rodzaj procesów przejściowych;

inne wypadki.

W tym przypadku w początkowej chwili około dziesięciu nanosekund prąd rozładowania wzrasta do maksimum, a następnie maleje w ciągu 100 ÷ 300 ns.

Na rysunku przedstawiono charakter występowania wyładowania statycznego na urządzeniu półprzewodnikowym przez ciało operatora.

Na wielkość prądu wpływają: pojemność ładunku zgromadzona przez osobę, opór jego ciała i pól stykowych.

Podczas produkcji sprzętu elektrycznego może dojść do wyładowania statycznego bez udziału operatora w wyniku tworzenia się styków przez uziemione powierzchnie.

W tym przypadku na prąd rozładowania wpływa pojemność ładunku zgromadzona przez korpus urządzenia i rezystancja utworzonych pól stykowych. W tym przypadku na półprzewodnik początkowo oddziałuje jednocześnie indukowany potencjał wysokiego napięcia i prąd rozładowania.

Z powodu tego złożonego efektu uszkodzenia mogą być:

1. oczywiste, gdy wydajność elementów zostanie zmniejszona do tego stopnia, że ​​stają się one niezdatne do użytku;

2. ukryty - ze względu na obniżenie parametrów wyjściowych, czasami nawet mieszczących się w ustalonych cechach fabrycznych.

Drugi rodzaj awarii jest trudny do wykrycia: najczęściej skutkuje utratą wydajności podczas pracy.

Przykładem takiego uszkodzenia na skutek działania wysokiego napięcia statycznego są wykresy odchylenia charakterystyki prądowo-napięciowej w odniesieniu do diody KD522D i układu scalonego BIS KR1005VI1.

Brązowa linia o numerze 1 przedstawia parametry urządzeń półprzewodnikowych przed badaniem przy podwyższonym napięciu, a krzywe o numerach 2 i 3 pokazują ich spadek pod wpływem zwiększonego potencjału indukowanego. W przypadku nr 3 ma to większy wpływ.

Uszkodzenie może być spowodowane przez:

nadmierne napięcie indukowane, które przebija warstwę dielektryczną urządzeń półprzewodnikowych lub zakłóca strukturę kryształu;

duża gęstość przepływającego prądu, powodująca wysokie temperatury, prowadzące do stopienia materiałów i spalenia warstwy tlenku;

testy, szkolenia elektryczne i termiczne.

Ukryte uszkodzenia mogą nie mieć wpływu na wydajność od razu, ale po kilku miesiącach, a nawet latach eksploatacji.

Metody wdrażania zabezpieczeń przed elektrycznością statyczną w produkcji

W zależności od rodzaju urządzeń przemysłowych stosuje się jedną z następujących metod utrzymania sprawności lub ich kombinację:

1. eliminacja powstawania ładunków elektrostatycznych;

2. blokowanie wejścia na teren zakładu pracy;

3. zwiększenie odporności urządzeń i podzespołów na działanie wyładowań.

Metody nr 1 i nr 2 pozwalają chronić dużą grupę różnych urządzeń w kompleksie, a nr 3 stosuje się dla poszczególnych urządzeń.

Wysoką skuteczność w utrzymaniu sprawności sprzętu osiąga się poprzez umieszczenie go w klatce Faradaya – przestrzeni ogrodzonej ze wszystkich stron metalową siatką o drobnych oczkach połączoną z pętlą uziemiającą. Zewnętrzne pola elektryczne nie przenikają do jego wnętrza, ale obecne są statyczne pola magnetyczne.

Na tej zasadzie działają kable z ekranowaną powłoką.

Ochrona statyczna dzieli się zgodnie z zasadami wykonania na:

fizyczne i mechaniczne;

chemiczny;

konstrukcyjne i technologiczne.

Dwie pierwsze metody pozwalają zapobiec lub ograniczyć powstawanie ładunków elektrostatycznych i zwiększyć szybkość ich drenażu. Trzecia technika chroni urządzenia przed działaniem ładunków, ale nie wpływa na ich drenaż.

Odwodnienie zrzutów można poprawić poprzez:

utworzenie koronacji;

zwiększenie przewodności materiałów, na których gromadzą się ładunki.

Te problemy zostały rozwiązane:

jonizacja powietrza;

zwiększenie powierzchni roboczych;

dobór materiałów o lepszej przewodności objętościowej.

Dzięki ich realizacji tworzone są wcześniej przygotowane linie odprowadzające ładunki elektrostatyczne do pętli uziemiającej, uniemożliwiając ich przedostanie się do elementów roboczych urządzeń. Bierze się pod uwagę, że całkowity opór elektryczny utworzonej ścieżki nie powinien przekraczać 10 omów.

Jeśli materiały mają wysoką odporność, ochronę wykonuje się w inny sposób. W przeciwnym razie na powierzchni zaczną gromadzić się ładunki, które w kontakcie z podłożem mogą zostać wyładowane.

Na rysunku przedstawiono przykład kompleksowego zabezpieczenia elektrostatycznego stanowiska pracy operatora zajmującego się konserwacją i regulacją urządzeń elektronicznych.

Powierzchnia stołu jest połączona z pętlą uziemienia poprzez przewód połączeniowy i matę przewodzącą za pomocą specjalnych zacisków. Operator pracuje w specjalnym ubraniu, nosi buty z przewodzącą podeszwą i siedzi na krześle ze specjalnym siedziskiem. Wszystkie te działania pozwalają efektywnie odprowadzać nagromadzone ładunki do ziemi.

Pracujące jonizatory powietrza regulują wilgotność i zmniejszają potencjał elektryczności statycznej. Przy ich stosowaniu uwzględnia się, że zwiększona zawartość pary wodnej w powietrzu niekorzystnie wpływa na zdrowie człowieka. Dlatego starają się utrzymać go na poziomie około 40%.

Innym skutecznym sposobem może być regularne wietrzenie pomieszczenia lub zastosowanie w nim systemu wentylacji, gdy powietrze przechodząc przez filtry zostaje zjonizowane i wymieszane, neutralizując w ten sposób powstające ładunki.

Aby ograniczyć potencjał skumulowany w organizmie człowieka, bransoletki można zastosować jako uzupełnienie kompletu odzieży i obuwia antystatycznego. Składają się z przewodzącego paska, który mocuje się do ramienia za pomocą klamry. Ten ostatni jest podłączony do przewodu uziemiającego.

Dzięki tej metodzie prąd przepływający przez ciało człowieka jest ograniczony. Jego wartość nie powinna przekraczać jednego miliampera. Większe wartości mogą powodować ból i obrażenia elektryczne.

Gdy ładunek spływa na ziemię, ważne jest, aby upewnić się, że opuszcza go z szybkością jednej sekundy. W tym celu stosuje się wykładziny podłogowe o niskim oporze elektrycznym.

Podczas pracy z płytkami półprzewodnikowymi i elementami elektronicznymi ochronę przed uszkodzeniami spowodowanymi elektrycznością statyczną zapewniają także:

wymuszone manewrowanie zaciskami płytek i zespołów elektronicznych podczas kontroli;

posługiwanie się narzędziami i lutownicami z uziemionymi głowicami roboczymi.

Pojemniki z cieczami łatwopalnymi znajdujące się na pojazdach uziemia się za pomocą metalowego obwodu. Nawet kadłub samolotu jest wyposażony w metalowe kable, które działają jako ochrona przed elektrycznością statyczną podczas lądowania.

Przez elektryczność statyczną rozumie się zespół zjawisk związanych z powstawaniem i relaksacją swobodnego ładunku elektrycznego na powierzchni, w masie dielektryków lub na izolowanych przewodnikach.

Tworzenie się i gromadzenie ładunków na obrabianym materiale wiąże się z dwoma warunkami. Najpierw musi nastąpić kontakt pomiędzy powierzchniami, w wyniku czego powstaje podwójna warstwa elektryczna. Po drugie, co najmniej jedna z powierzchni stykowych musi być wykonana z materiału dielektrycznego. Ładunki pozostaną na powierzchni po ich rozdzieleniu tylko wtedy, gdy czas zniszczenia kontaktu będzie krótszy niż czas relaksacji ładunku. To ostatnie w dużej mierze determinuje wielkość ładunków na oddzielonych powierzchniach.

Elektryczna warstwa podwójna to przestrzenny rozkład ładunków elektrycznych na granicach styku dwóch faz. Ten rozkład ładunków obserwuje się na granicach metal - metal, metal - próżnia, metal - gaz, metal - półprzewodnik, metal - dielektryk, dielektryk - dielektryk, ciecz - ciało stałe, ciecz - ciecz, ciecz - gaz.

Główną wielkością charakteryzującą zdolność do elektryzowania jest oporność elektryczna powierzchni kontaktowane materiały. Jeśli stykające się powierzchnie mają Niski opór, wówczas po oddzieleniu ładunki odpływają z nich, a oddzielne powierzchnie niosą znikomy ładunek. Jeśli opór jest wysoki lub prędkość separacji powierzchni jest duża, wówczas ładunki zostaną zatrzymane.

W związku z tym głównymi czynnikami wpływającymi na elektryfikację substancji są ich parametry elektrofizyczne i szybkość separacji.

Konwencjonalnie przyjmuje się, że gdy oporność elektryczna materiałów jest mniejsza niż 10,5 Ω m, ładunki nie są gromadzone, a materiały nie są naelektryzowane.

Eksperymenty wykazały, że gdy dwa dielektryki stykają się (tarcie), ten o wyższej stałej dielektrycznej ładuje się dodatnio, podczas gdy materiał o niższej stałej dielektrycznej ładuje się ujemnie.

Statystyczne wyładowania elektryczne rozumiane są jako procesy wyrównywania ładunków pomiędzy poszczególnymi ciałami stałymi niosącymi różne ładunki elektrostatyczne. Zwykle towarzyszą im zjawiska ślizgowe, koronowe i wyładowania iskrowe. Iskry mogą spowodować zapalenie łatwopalnych gazów lub oparów lub zainicjowanie mieszanin wybuchowych, a pola elektromagnetyczne generowane przez wyładowania mogą uszkodzić elementy elektroniczne, uszkodzić lub pogorszyć działanie sprzętu elektronicznego.

Ładunki statyczne powodujące niebezpieczne skutki mogą powstawać na różne sposoby. Jednakże przy wytwarzaniu i użytkowaniu elementów i urządzeń elektronicznych istotne są dwa mechanizmy elektryzacji: na skutek indukcji i tarcia.

Prądy podczas ładowania wahają się od setek pikoamperów do kilku mikroamperów, a ładunki elektrostatyczne wahają się od 3 nC do 5 µC. Różnicę potencjałów elektrostatycznych pomiędzy ciałami wyznacza się po zakończeniu procesu ładowania poprzez stosunek uzyskanego ładunku Q do pojemnika C AB ciała między sobą:

U AB =Pytania/odpowiedzi AB .

Ryż. 3.11 ilustruje wpływ zastosowanych materiałów oraz wilgotności względnej powietrza na wielkość napięcia, jakie można uzyskać podczas elektryfikacji.

Tabela 3.1. Przybliżone wartości napięć ładunków statycznych przy wilgotności względnej powietrza 24% i temperaturze 21 0 C

Z częściami elektronicznymi, komponentami i urządzeniami należy obchodzić się ze szczególną ostrożnością, aby uniknąć uszkodzeń spowodowanych zjawiskami elektrostatycznymi.

Szczególne znaczenie przy obchodzeniu się z urządzeniami elektronicznymi mają możliwe ładunki elektrostatyczne ciała ludzkiego, które przedostają się na obwody przełączające, płytki drukowane, elementy sterujące i obudowy urządzeń podczas ich transportu, instalacji, testowania, eksploatacji, naprawy i serwisu. Ciało ludzkie ma pojemność w stosunku do uziemienia pF. Jeśli dana osoba chodzi po podłodze syntetycznej, pojemność tę można naładować w przybliżeniu U maks=15 kV, energia skumulowana

Gdy osoba zbliży się do uziemionej obudowy urządzenia elektronicznego, nastąpi wyładowanie iskrowe, a ponieważ warunek jest zwykle spełniony

wówczas nastąpi proces aperiodyczny.

Najsilniejsze działanie wyładowań elektrostatycznych występuje, gdy w dłoni znajduje się metalowy przedmiot (klucz, śrubokręt, przewodząca bransoletka itp.). W tym przypadku nachylenie prądu, które określa indukowane napięcia zakłócające, może osiągnąć 100 A/ns.

Statystyczne wyładowania elektryczne obserwuje się także w pomieszczeniach komputerowych, sterowniach i pomieszczeniach testowych od ruchomych obiektów (krzesła, wózki z instrumentami, półki z zadrukowanym papierem, odkurzacze) na obudowy urządzeń elektronicznych w przypadku ich przypadkowego dotknięcia.

Każdemu wyładowaniu elektryczności statycznej towarzyszą pola elektryczne i magnetyczne.

W tym przypadku w bezpośrednim sąsiedztwie wyładowania w odległości do 10 cm powstaje pole elektryczne o wartości 4 kV/m, a w odległości do 20 cm o wartości 1 kV/m. Podobnie pole magnetyczne wynosi 15 A/m w odległości 10 cm i 4 A/m w odległości 20 cm.

Podczas rozładowywania elektryczności statycznej najczęściej obserwuje się awarie w działaniu szybkich węzłów cyfrowych, a także elementów interfejsu cyfrowego. Stosowany do złączy, klawiatur, elementów wyświetlaczy itp. możliwe jest fizyczne uszkodzenie elementów interfejsu.

Szczególnie niebezpieczne jest oddziaływanie wyładowań elektrostatycznych na niezabezpieczone elementy urządzeń. Dlatego podczas wszelkich prac naprawczych i regulacyjnych należy przestrzegać wymogów bezpieczeństwa elektrostatycznego. Przy profesjonalnym montażu sprzętu stosuje się powłoki antystatyczne itp. W warunkach eksploatacyjnych wymagania te nie zawsze mogą być spełnione. Jednak nadal warto zachować minimalne środki ostrożności: np. przed dotknięciem elementów sprzętu należy dotknąć uziemionych konstrukcji metalowych, co umożliwi usunięcie nadmiaru ładunku.

Ludzie nieustannie spotykają się z elektrycznością statyczną, a raczej jej przejawami (w mieszkaniu, w samochodzie, w pracy itp.). Jednak niewielu z nas poważnie zastanawiało się nad naturą jego występowania, właściwościami fizycznymi, charakterystyką i sposobami ochrony przed elektrycznością statyczną. Artykuł ten poświęcony jest znalezieniu odpowiedzi na te pytania.

Co to jest elektryczność statyczna

Dla cząsteczki lub atomu dowolnej substancji stan równowagi jest normalny, tj. Liczba cząstek dodatnich (protonów) i ujemnych (elektronów) w atomie jest równa. Jednak elektrony substancji mogą łatwo (w różny sposób dla różnych materiałów) przemieszczać się z jednego atomu do drugiego, tworząc w ten sposób dodatni (brakujący elektron) lub ujemny (nadmiar elektronu) ładunek atomu. To właśnie ta nierównowaga atomów i cząsteczek tworzy statyczne pole elektryczne. Pola takie są niestabilne i rozładowują się przy pierwszej nadarzającej się okazji.

GOST 17.1.018-79 „Elektryczność statyczna. Iskrobezpieczny” interpretuje termin „elektryczność statyczna” jako zdolność swobodnych ładunków elektrycznych do powstawania, utrzymywania się i relaksacji w objętości i na powierzchni półprzewodników i dielektryków.
Obowiązkowym „towarzyszem” pola statycznego jest suche powietrze. Przy wilgotności powyżej 80% takie pola prawie nigdy się nie tworzą woda jest doskonałym przewodnikiem i nie pozwala na gromadzenie się nadmiaru prądu na powierzchni materiałów.

Źródła pola statycznego i przyczyny jego powstawania

Wszyscy pamiętamy z zajęć fizyki w szkole doświadczenie z ebonitowym prętem lub plastikowym grzebieniem i kawałkiem wełnianej tkaniny. Po potarciu pręta szmatką był w stanie przyciągnąć do siebie drobno pocięte kawałki papieru.

Tarcie dwóch powierzchni jest najczęstszym źródłem pola statycznego. Nie jest konieczne pocieranie o siebie obu materiałów. Pole statyczne może powstać w wyniku pojedynczego kontaktu, na przykład podczas zwijania/odwijania taśmy tkaninowej.

Źródłami generowania pola statycznego mogą być także:

• Nagłe zmiany temperatury;
• Wysoki poziom promieniowania.

Pole statyczne może być „samoistne” i „indukowane”, tj. otrzymane od innego silnie naelektryzowanego obiektu bez bezpośredniego kontaktu z nim. Ta metoda „wymuszonej elektryfikacji” nazywa się indukcją.

Wszyscy doskonale zdajemy sobie sprawę z trzaskania elektrycznego podczas zdejmowania odzieży wierzchniej lub „porażenia prądem” z karoserii. Skutki wyładowań statycznych obserwujemy i często doświadczamy podczas czesania włosów, cięcia papieru, polewania benzyną itp.

Warunkiem wytworzenia statycznego pola elektrycznego jest obecność pól magnetycznych. Tym samym należy stwierdzić, że darmowe opłaty otaczają nas nieustannie. Ale to nie wystarczy dla człowieka i aktywnie korzysta on z ogromnej liczby różnych urządzeń elektrycznych w swoim codziennym życiu i pracy, zwiększając w ten sposób jedynie ogólną „intensywność elektryczną” swojego środowiska życia.

Zakres zastosowania

Przyrządy i urządzenia elektrostatyczne, których zasada działania opierała się na tarciu, nigdy nie mogły opuścić półek laboratoryjnych i edukacyjnych, gdzie wykorzystywane były głównie jako materiał demonstracyjny.

Próby wykorzystania pól statycznych do generowania prądu elektrycznego również nie przyniosły większego sukcesu. Generatory Van Der Graaffa i Felici, które powstały w latach 30. i 40. ubiegłego wieku, również nie znalazły szerokiego zastosowania, gdyż sprzęt ten był dość uciążliwy.

Ponadto ich eksploatacja i konserwacja były bardzo drogie.

Odkrycie wyładowań koronowych, które ma szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu, okazało się bardzo przydatne z punktu widzenia zastosowań przemysłowych. W szczególności za jego pomocą można oczyścić gazy z różnych zanieczyszczeń i nałożyć farbę na powierzchnię o dowolnej konfiguracji.

Problemy z elektrycznością statyczną

Obecnie znacznie więcej uwagi poświęca się problemom będącym bezpośrednią konsekwencją skumulowanych naprężeń elektrostatycznych. Porażenia prądem o różnej mocy mogą dotknąć człowieka zarówno w domu, jak i w pracy.

Na przykład sweter wykonany z tkaniny syntetycznej, w wyniku tarcia o oparcie krzesła lub materiał wierzchni, może gromadzić się wyładowania, które „dadzą się odczuć” po jego zdjęciu. Uderza znacznie mocniej, gdy dotkniesz karoserii, która została naelektryzowana w wyniku tarcia z powietrzem.

Każde urządzenie elektryczne, czy to robot kuchenny, laptop, monitor komputerowy czy odkurzacz, koniecznie niesie ze sobą ładunek elektrostatyczny, który „dobrowolnie” przenosi się na osobę w momencie kontaktu. To „przejście” może, ale nie musi, powodować ból, ale zdecydowanie jest szkodliwe dla ludzkiego organizmu.

Naukowcy od dawna udowodnili, że narażenie na elektryczność statyczną stwarza zagrożenie dla zdrowia człowieka, w szczególności dla układu sercowo-naczyniowego i centralnego układu nerwowego.

Ochrona

Wspomniany wcześniej GOST szczegółowo omawia metody ochrony przed wpływem pól statycznych, z których najprostszym jest niezawodne uziemienie sprzętu.

Co można zrobić, aby chronić pomieszczenia domu prywatnego i pomieszczenia przemysłowe przed polami statycznymi?

Wideo: jak pozbyć się elektryczności statycznej.
https://www.youtube.com/watch?v=ls-hBlqJu9Y

Aby chronić ludzi i precyzyjny sprzęt przed działaniem elektryczności statycznej, w produkcji stosuje się specjalne ekrany i inne urządzenia elektromechaniczne. Aby stłumić elektryfikację w ciekłych polimerach, stosuje się specjalne dodatki i rozpuszczalniki. Różne środki antystatyczne są szeroko stosowane jako ochrona przed elektrycznością statyczną w życiu codziennym i produkcji.

Są to substancje chemiczne charakteryzujące się niską masą cząsteczkową, co pozwala ich cząsteczkom na łatwe przemieszczanie się, a ponadto na reakcję z wilgocią atmosferyczną. Połączenie tych cech pozwala im rozproszyć źródła pól statycznych i złagodzić stres statyczny u człowieka.

W naszym życiu codziennie spotykamy się ze skutkami elektryczności statycznej. Czasem nas to denerwuje, czasem wręcz przeraża, jeszcze inni nie zwracają na takie rzeczy uwagi. Ale zawsze lepiej wiedzieć, co nas otacza i jak uniknąć drobnych, ale zawsze nieprzyjemnych konsekwencji elektryczności statycznej. W tej wskazówce powiemy Ci dokładnie to.

Według teorii wszystkie substancje zawierają atomy. Atom ma taką samą liczbę protonów i neutronów. Protony mają ładunek dodatni, elektrony mają ładunek ujemny, to znaczy mają przeciwną polaryzację i przyciągają się nawzajem. Atom jest w równowadze. Ale elektrony mogą się poruszać, wtedy powstają jony dodatnie i ujemne. Jony nie poruszają się same. Kiedy ich ładunek wzrasta lub maleje, pojawia się brak równowagi, czyli elektryczność statyczna. Ładunek statyczny może być dodatni lub ujemny. Ładunki o tej samej polaryzacji odpychają się, ładunki o przeciwnej polaryzacji przyciągają.

Ze względu na zdolność przewodzenia ładunków substancje dzieli się tradycyjnie na przewodniki, półprzewodniki i dielektryki. Ładunki statyczne powstają na powierzchni materiałów stałych i cieczy przy dużych prędkościach obrotowych, ruchu, podczas zgniatania, podczas styków i połączeń pomiędzy stykającymi się materiałami, przy gwałtownym wzroście temperatury, przy dużym promieniowaniu ultrafioletowym lub rentgenowskim, dużym promieniowaniu, przy indukcja w silnym polu elektrycznym, przy niskiej wilgotności powietrza. Gdy wilgotność powietrza jest niższa niż 50%, materiały dielektryczne stają się bardziej naelektryzowane; gdy wilgotność powietrza przekracza 85%, elektryczność statyczna praktycznie nie powstaje, ponieważ powietrze staje się przewodzące prąd elektryczny.

W naszym życiu codziennie spotykamy się ze skutkami elektryczności statycznej. Nigdy nie będziemy mogli odmówić nowoczesnego sprzętu, instrumentów, maszyn, tkanin, płynów w pracy i w domu, dlatego zawsze będziemy musieli mierzyć się ze skutkami elektryczności statycznej.

W produkcji przemysłowej, podczas pracy z arkuszami tworzyw sztucznych (ich łączenie i rozdzielanie), w przemyśle tekstylnym i papierniczym (przewijanie i rozwijanie rolek tkaniny i papieru) zawsze obserwuje się zjawiska elektryfikacji. W przemyśle mielenia mąki, przy produkcji cukru, przy produkcji kiełbas (podczas mielenia, filtrowania, przesiewania, zalewania substancji) występuje elektryczność statyczna. Elektryczność statyczna występuje również w rafinacji ropy naftowej i gorzelniach podczas nalewania i pompowania cieczy. W produkcji chemicznej przy produkcji tworzyw sztucznych spotyka się elektryczność statyczną; w przemyśle radioelektronicznym przy produkcji i transporcie urządzeń i mikroukładów; w pomieszczeniach biurowych, w których znajdują się telewizory, komputery i różnorodny sprzęt biurowy. Klimatyzatory i wentylatory, wydmuchując naelektryzowane cząsteczki kurzu, zwiększają ładunek statyczny w pomieszczeniu; Wszelkie urządzenia elektryczne wytwarzają podczas pracy pola elektrostatyczne. Ładunki elektrostatyczne powstają na powierzchni samolotu podczas tarcia z powietrzem; na powierzchni samochodu poruszającego się przy suchej pogodzie, jeśli guma opony ma dobrą izolację. Elektryczność statyczna może wynikać z indukcji pola elektrycznego linii wysokiego napięcia (PTL) lub burzy. Prostym przykładem wystąpienia ładunku elektrostatycznego byłoby chodzenie, gdy podeszwa styka się z dywanem, po czym je rozdziela.

W domu źródłem elektryczności statycznej jest każde urządzenie elektryczne, telewizor, komputer, ekran monitora, syntetyczna odzież, syntetyczne zasłony i poduszki, plastikowe torby, a nawet plastikowy grzebień. Wszyscy wiemy, jak włosy sięgają po grzebień, ponieważ są inaczej naładowane i stoją dęba, ponieważ są naładowane tym samym ładunkiem i dlatego rozpraszają się w różnych kierunkach.

Wielkość ładunków elektryczności statycznej zależy od wielu czynników: od przewodności elektrycznej materiałów, ich stałej dielektrycznej, prędkości ruchu, tarcia cząstek, temperatury i wilgotności powietrza. Ładunki statyczne mogą się częściowo neutralizować ze względu na przewodność elektryczną w powietrzu i mogą spływać do ziemi wzdłuż powierzchni urządzenia.

Ale w niektórych przypadkach ładunki są duże, a różnica potencjałów duża. Następnie następuje wyładowanie iskrowe pomiędzy naelektryzowanymi częściami urządzenia lub następuje wyładowanie na osobie. Na przykład metalowe drzwi samochodu znajdującego się pod linią energetyczną mogą zostać naładowane ładunkiem indukowanym i rozładowanym na osobę dotykającą drzwi, co może być niebezpieczne dla tej osoby. Wielkie niebezpieczeństwo powstaje od pioruna. Kiedy prądy powietrza się poruszają, chmury mogą tworzyć wyładowania elektryczne, ale mogą również wystąpić wyładowania pomiędzy naładowanymi chmurami a ziemią. Wyładowania te mogą zostać wyładowane na osobę tam, gdzie nie ma piorunochronów.

Kolejny przykład wyładowania statycznego. Często zdarza się, że kierowca opuszczając samochód zostaje porażony prądem, ponieważ w momencie podnoszenia pomiędzy siedzeniem a ubraniem powstaje ładunek. Uderzenia można jednak uniknąć, jeśli przed podniesieniem kierowca dotknie metalowej części (ramy), wówczas ładunek ma czas bezpiecznie spłynąć przez nadwozie i opony do podłoża.

Występowanie wyładowań (iskrzeń) w produkcji jest niepożądane, gdyż zakłócają normalną pracę. Elektryczność statyczna dla różnych urządzeń elektronicznych - tranzystorów, mikroprocesorów - jest szkodliwa, ponieważ powstałe iskrzenie ma wysokie napięcie i może spowodować uszkodzenia. Podczas iskrzenia może wystąpić ryzyko pożaru w przypadku pracy z cieczami, mieszaninami i łatwopalnymi. rozwiązania. Takie mieszaniny i ciecze mają minimalną energię zapłonu. Należy to wziąć pod uwagę. Jeśli energia ta jest niższa niż energia wyładowania, następuje pożar.

Ciało ludzkie jest dobrym przewodnikiem, ale może również gromadzić ładunki. Jeśli operator znajduje się w polu elektrycznym i trzyma naładowany przedmiot (na przykład nawiniętą rolkę filmu), jego ciało zostanie naładowane. Ładunek pozostaje w organizmie człowieka, jeśli nosi on buty z izolującą podeszwą. Jeśli operator dotknie części metalowych, ładunek może się rozładować, a operator zostanie porażony prądem, co oznacza przeskoczenie iskry. Dzieje się tak podczas pracy z łatwopalnymi cieczami. Jeśli ciało operatora wygeneruje ładunek (chodzenie po dielektrykach, noszenie tkaniny syntetycznej, buty z izolującą podeszwą), operator może spowodować zapalenie cieczy lub rozpuszczalnika.

W niektórych przypadkach elektryzacji statycznej osoby, późniejsze wyładowanie przez osobę do uziemionego sprzętu lub wyładowanie z nieuziemionego sprzętu przez ciało osoby może powodować ból lub uczucie nerwowości u tej osoby. W wyniku nieoczekiwanego, bolesnego zastrzyku, osoba może w odpowiedzi wykonać gwałtowne ruchy, spaść z wysokości, doznać obrażeń lub bać się powstałego ognia cieczy. Grozi to wyładowaniami statycznymi. Podczas wyładowań nie dochodzi do obrażeń elektrycznych, uważa się jednak, że pole elektryczne o zwiększonym natężeniu jest szkodliwe dla człowieka. Przy dłuższym pobycie na takim polu można zaobserwować zmiany w układzie sercowo-naczyniowym lub ośrodkowym układzie nerwowym. Osoba może rozwinąć fobię z powodu strachu przed spodziewanym ciosem. Ludzie, zwłaszcza w biurach, gdzie jest dużo komputerów i sprzętu biurowego, skarżą się na bóle głowy, drażliwość, zaburzenia snu i apetyt. Zagadnienie wpływu elektryczności statycznej na człowieka jest mało zbadane.

Elektryczność statyczna powoduje ogromne szkody w produkcji, dlatego podejmują środki w celu ochrony przed elektrycznością statyczną. Uwzględnia to cechy procesu technologicznego, właściwości przetwarzanych materiałów i cieczy.

Po pierwsze, trwale usuwają ładunki elektrostatyczne za pomocą uziemienia. Na przykład, jeśli folia jest na metalowym wale, a wał jest uziemiony, ładunek spłynie do ziemi i nie będzie żadnego wyładowania. Aby wyeliminować elektryczność statyczną, obudowy urządzeń są uziemione.

Samoloty posiadają metalowe linki przymocowane do podwozia i dolnej części kadłuba, co umożliwia usuwanie ładunków elektrostatycznych powstających podczas lotu.

Aby usunąć ładunki elektrostatyczne z karoserii, od spodu przyczepia się elektrycznie przewodzący pasek zwany „środkiem antystatycznym”. Jeżeli kierowca opuszczając samochód zauważy, że nadwozie iskrzy, ma obowiązek rozładować nadwozie dotykając go metalowym kluczykiem. Należy to zrobić szczególnie przed zatankowaniem samochodu benzyną. Dla osoby wyładowanie w tym przypadku nie jest niebezpieczne.

W przypadku cieczy dielektrycznych, na przykład produktów naftowych, do głównego produktu wprowadza się specjalne dodatki (eleinian chromu, eleinian kobaltu itp.). W przypadku wszystkich cieczy dielektrycznych (benzyna, alkohol itp.) rozpryskiwanie i rozpryskiwanie są ograniczone. Niedopuszczalne jest napełnianie zbiorników swobodnie opadającym strumieniem z wysokości. Wąż spustowy należy opuścić na samo dno zbiornika. Końce węży spustowych należy uziemić giętkim przewodem miedzianym. Dodatki (substancje antystatyczne takie jak grafit, sadza) dodawane są do węży gumowych do pompowania cieczy palnych, co zmniejsza ryzyko zapłonu podczas wlewania ich do cystern drogowych i kolejowych. Podczas spuszczania benzyny na stacji benzynowej cysterna jest dodatkowo uziemiana.

Aby ograniczyć efekt elektryczności statycznej, starają się stosować materiały o większej przewodności elektrycznej lub wprowadzają dodatki antystatyczne. Dlatego do podłóg stosuje się antystatyczny linoleum. Regularnie przeprowadza się antystatyczną obróbkę dywanów i tkanin syntetycznych. Lepiej jest wykonywać stykające się przedmioty z tego samego materiału. Dlatego lepiej przechowywać proszek polietylenowy w plastikowych beczkach.

Wilgotne powietrze ma wystarczającą przewodność elektryczną. Dlatego nawilżanie powietrza np. w biurach, w których znajduje się dużo komputerów i sprzętu biurowego, może być jedną z prostych i niedrogich metod eliminacji elektryczności statycznej. Nawilżanie powietrza na poziomie ponad 70% zapewnia stałe usuwanie ładunków elektrostatycznych.

Istnieje inna metoda eliminacji ładunków statycznych - jonizacja powietrza. Gdy jonizator działa, jego jony neutralizują ładunki elektryczności statycznej. W zakładach produkcyjnych stosowane są wydajne jonizatory powietrza o różnej konstrukcji (indukcyjne, wysokonapięciowe, radiacyjne). Wykorzystując domowe jonizatory, eliminują ładunki na ubraniach, dywanach i wykładzinach syntetycznych.

Usuwanie elektryczności statycznej z osoby pracującej na produkcji odbywa się poprzez zainstalowanie elektrycznie przewodzących podłóg, platform i drabin. Zapewnij środki ochrony osobistej – fartuchy antystatyczne, buty ze skórzanymi podeszwami lub przewodzącymi gumowymi podeszwami.

W domu możesz nawilżać powietrze, kładąc mokre ręczniki na kaloryferach. Można zastosować różne środki antystatyczne do ciała, do tkanin, żeby spódnica nie kleiła się do nóg, żeby sweterek nie popękał i nie iskrzył przy ściąganiu. Do włosów możesz wybrać grzebień wykonany z drewna, a jeśli grzebień jest z tworzywa sztucznego, możesz użyć wody, olejku różanego, lawendy, a znajdziesz wiele rzeczy, jeśli chcesz nadać swoim włosom piękno i blask dla własnej radości.

Najnowsze wskazówki z działu Nauka i Technologia:

Czy ta rada Ci pomogła? Możesz wspomóc projekt, przekazując dowolną kwotę według własnego uznania na jego rozwój. Na przykład 20 rubli. Albo więcej:)