Статический заряд: Что такое статическое электричество — Лайфхакер

Что такое статическое электричество — Лайфхакер

Откуда берётся статическое электричество

Мир состоит из атомов. Это крошечные частицы, из которых построено наше тело, джинсы на ногах, сиденье в авто под пятой точкой и смартфон с Лайфхакером на экране.

Внутри атомов есть более мелкие элементы: ядро из протонов и нейтронов, а также электроны, которые вращаются вокруг него. Протоны заряжены со знаком плюс, электроны — со знаком минус.

Обычно у атома одинаковое число таких плюсов и минусов, поэтому у него нулевой заряд. Но иногда электроны покидают орбиты и притягиваются к другим атомам. Чаще всего это происходит в результате трения.

Движение электронов от одного атома к другому создаёт энергию, которую называют электричеством. Если направить её через провод или другой проводник, получится электрический ток. Его работу вы наглядно видите, когда заряжаете смартфон по кабелю.

Со статическим электричеством всё иначе. Оно «ленивое», не течёт и будто отдыхает на поверхности. У предмета появляется положительный заряд, если ему не хватает электронов, и отрицательный, когда они в избытке.

Как проявляется статическое электричество

1. Электрический разряд

Если надеть на ноги чистые сухие носки из шерсти и пошаркать ими по нейлоновому ковру, можно получить электрический разряд.

Во время трения электроны будут перепрыгивать с носков на ковёр и наоборот. В итоге они получат противоположный заряд и захотят уравновесить число электронов.

Если разница в их количестве достаточно большая, вы получите видимую искру, как только снова прикоснётесь носками к ковру.

2. Притягивание предметов

Если расчесать волосы пластиковой расчёской, она получит заряд статического электричества.

После этого она начнёт притягивать небольшие кусочки бумаги, пытаясь избавиться от дефицита или избытка электронов за их счёт.

3. Отталкивание предметов

Если натереть лист бумаги шерстяным шарфом, он получит статический заряд.

Когда вы попытаетесь согнуть бумагу, половинки начнут отталкиваться друг от друга именно из-за дисбаланса электронов.

Чем может быть опасно статическое электричество

Это явление способно привести к ряду опасных последствий.

1. Воспламенение

Статическое электричество может стать причиной пожара там, где используются легковоспламеняющиеся материалы — например, на полиграфических предприятиях.

На таком производстве много чернил и бумаги, которые быстро загораются. Они трутся об оборудование во время печати, возникает статическое электричество, появляется искра и начинается пожар .

2. Производственные нарушения

От статического электричества особенно страдают предприятия, которые производят пластмассу или текстиль.

Когда эти материалы положительно или отрицательно заряжены, они могут притягиваться или отталкиваться от рабочей поверхности.

Это нарушает процесс производства, поэтому предприятия используют ионизаторы воздуха, которые помогают предотвратить возникновение заряда.

3. Удар молнии

Во время перемещения воздушных потоков, которые насыщены водяными парами, возникает статическое электричество.

Оно создаёт грозовые облака с разным зарядом, которые разряжаются друг о друга или об озоновый слой. Так получаются молнии.

Молнии бьют в высокие здания, деревья и землю и становятся причиной поломок оборудования.

Как избежать появления статического электричества

1. Повышайте влажность

Сухой воздух в помещении — лучший друг статического электричества. Но оно практически не проявляется, если влажность превышает 85%.

Чтобы повысить этот показатель, регулярно проводите влажную уборку и используйте увлажнители воздуха.

Когда включено отопление, на батарею можно положить мокрую ткань, чтобы вода испарялась и делала воздух менее сухим.

2. Применяйте натуральные материалы

Большинство натуральных материалов сохраняют влагу, синтетические — нет. Поэтому первые меньше вторых подвержены возникновению статического электричества.

Если расчёсывать волосы пластиковой расчёской, они получат статический заряд и начнут разлетаться друг от друга, портя причёску. Этого можно избежать, используя аксессуары из дерева.

Такая же история с обувью на резиновой подошве. Она провоцирует создание статического электричества на теле. Но стельки из натуральных материалов нивелируют его эффект.

Футболки из хлопка, одежда из других натуральных тканей не создают статическое электричество. Искусственный свитер — наоборот.

3. Используйте заземление

С помощью него статическое электричество можно отвести в землю. Это касается не только громоотводов, которые перенаправляют заряд молний, но и работы с электрическим оборудованием.

Когда профессиональный мастер раскрывает ноутбук, чтобы почистить его от пыли, он обязательно использует специальный шнур заземления, закреплённый на руке, — антистатический браслет.

Антистатический браслет / aliexpress.com

Он нужен, чтобы избежать попадания разряда статического электричества от рук на микросхемы. Иначе он повредит их, и через время компьютер может выйти из строя.

Читайте также 🧐

Защита от статического электричества. Возникновение и действие

Статическое электричество возникает вследствие сохранения зарядов электростатического поля на диэлектрических материалах. Оно отрицательно влияет на жизнь человека и эксплуатацию электрических устройств. Образование искр от статического электричества способствует пожарам и взрывам. Мощности энергии вполне хватит для возгорания газовоздушных смесей и пыли.

Заряд статического электричества может накапливаться на теле человека, если на нем одежда из шерсти или из химических волокон. Величина потенциала около 7 Джоулей не составляет опасности для человека, однако способна вызвать судороги и сокращения мышц. А это в свою очередь может создать условия для травмы на работе, падения с высоты и т.д.

Защита от статического электричества

Статическое электричество отрицательно влияет на функционирование точных приборов, радиосвязи, вызывает неисправности в работе. Работники, на которых постоянно воздействует статическое электричество, чаще болеют сердечно-сосудистыми заболеваниями и болезнями нервной системы.

Источники статического электричества
  • Действие различных излучений.
  • Резкое изменение температуры.
  • Взаимодействие тел друг с другом при движении.

Это явление оказывает негативное влияние и представляет опасность. Защита от статического электричества позволяет полностью предотвратить или значительно уменьшить его действие.

В бытовых условиях статическое поле часто возникает на шерсти животных, при снятии синтетической одежды, расчесывании волос, при ношении резиновой обуви, хождении по ковру в шерстяных носках, пользовании пластмассовыми изделиями.

Электростатическое поле не угрожает жизни человека, при разряде образуется слабый ток, который не способен слишком навредить организму человека. Он может создать лишь некоторое некомфортное состояние. Для предотвращения такого эффекта необходимо соблюдать всего лишь несколько простых правил: в морозную и сухую погоду не гладить животных, медленнее снимать шерстяную одежду, либо обработать ее специальным составом, при расчесывании волос применять деревянную или металлическую расческу.

Накапливанию электростатической энергии способствуют:
  • Железобетонные стены здания.
  • Слишком сухой воздух.

Для электронных устройств заряд электростатического поля является злейшим врагом. Некоторые элементы электронных устройств не способны выдержать высокие напряжения, возникающие при разряде. Чувствительные элементы могут выйти из строя или ухудшить свои параметры работы.

Если объектом воздействия электрического поля станут легковоспламеняющиеся жидкости, это создаст условия для их воспламенения. Эти жидкости при перевозке в цистернах могут накопить статический заряд. Также заряд возникает и от механизма или человека, подошедшего к ним близко. Поэтому в промышленном производстве, где имеются легковоспламеняющиеся жидкости, большое внимание уделяют устройству заземления подвижных конструкций, механизмов. Для пошива обуви и специальной одежды на производстве также применяются специальные ткани, которые не способны накапливать электрический заряд.

Принцип действия

Как образуется статический заряд. В нормальном состоянии физические тела обладают одинаковым числом отрицательных и положительных частиц. За счет этого баланса создается нейтральное состояние тела. При нарушении нейтрального состояния тело получает электрический заряд одного полюса.

Статикой называется состояние тела в покое, когда оно находится без движения. В веществе тела может возникать поляризация, которая выражается в передвижении зарядов между частями тела, либо от находящегося рядом предмета.

Вещества электризуются из-за разделения тел, изменения зарядов во время трения, резкого изменения температуры, облучения. Заряды электрического поля находятся на поверхности тела или удалены от поверхности на расстояние, равное межатомному расстоянию. Если тела не заземлены, то заряды концентрируются на контактной площади, а при наличии заземления заряд уходит в контур заземления.

Процессы накапливания зарядов и их стекание происходят в одно время. Тело электризуется при условии получения им большего заряда энергии, по сравнению с расходуемым зарядом. В результате становится понятно, что защита от статического электричества должна отводить накапливаемые заряды на заземляющий контур.

Величина статического электричества

Все физические вещества имеют свою характеристику на трибоэлектрической шкале, в зависимости от их способности создавать электрические заряды различных полюсов при трении. Основные такие вещества изображены на рисунке.

Чтобы иметь представление о размерах возникающих статических зарядов, рассмотрим несколько примеров:
  • Вращающийся шкив с приводным ремнем способен зарядиться до 25000 вольт.
  • Кузов автомобиля, движущегося по сухой дороге, может получить заряд до 10000 вольт.
  • Человек в шерстяных носках при хождении по сухому ковру способен накопить заряд на теле до 6000 вольт.

В результате становится понятно, что напряжение электростатического поля может достигнуть значительных размеров даже в быту. Этот заряд не причиняет человеку значительного вреда ввиду его малой мощности. Разряд протекает через большое сопротивление и исчисляется в нескольких долях миллиампера.

Влажность воздуха также снижает электростатический заряд. Она влияет на значение потенциала тела во время прикосновений с разными материалами. Поэтому защита от статического электричества может заключаться в применении увлажнителей воздуха.

В природной среде существует статическое электричество, достигающее огромных значений. Например, при движении облаков между ними возникают большие потенциалы энергии, которые выражаются в разрядах молнии. Мощность этих разрядов вполне хватит, чтобы сжечь деревянный дом или расколоть ствол многолетнего дерева.

В бытовых условиях при разрядах электростатического поля человек чувствует мелкие пощипывания в пальцах, видны искры от трения шерстяной одежды, снижается работоспособность человека. Электростатическое поле негативно влияет на состояние человека, но явных повреждений не наносит.

Существуют измерительные приборы, способные точно измерить значение статического потенциала накопленного заряда на теле человека и на корпусе какого-либо устройства.

Защита от статического электричества

Существуют различные методы защиты от разрядов электростатического поля, как в быту, так и в промышленных условиях. Они имеют свои отличия. Рассмотрим подробнее каждые из них.

Защита в бытовых условиях

Каждый человек должен представлять опасность, которую несут статические разряды для организма. Их необходимо знать, и уметь их ограничивать. Для решения этой задачи организуются разные мероприятия по обучению людей методам защиты, в том числе телепередачи.

На этих мероприятиях людям объясняют, откуда и как появляется статическое поле, методы его измерения и приемы выполнения профилактической работы. Например, чтобы избежать неприятных ощущений статического поля, для расчесывания волос целесообразно использовать деревянные расчески, вместо пластиковых. Дерево имеет нейтральные характеристики, и во время трения не создает заряды электростатического поля. В магазинах можно без труда приобрести деревянную расческу любой формы и вида.

Чтобы предотвратить образование статического потенциала на кузове автомобиля при езде по сухому дорожному покрытию, применяют специальные антистатические ленты, которые фиксируются сзади автомобиля на днище кузова. В торговой сети можно без труда выбрать любой вариант такой ленты.

Если автомобиль ничем не защищен от возможного разряда накопленного заряда потенциала, то напряжение можно снимать временным заземлением кузова автомобиля путем его соединения с землей через металлическую часть. Для этого можно использовать ключ зажигания. Снимать напряжение в обязательном порядке необходимо перед тем, как заправлять автомобиль бензином.

Когда на одежде из химических волокон образуется статический заряд, то рекомендуется пользоваться «Антистатиком». Это специальный баллончик в виде аэрозоля, который продается в магазинах. Он снимает статическое электричество с одежды, тканей, с синтетических чехлов на сиденьях автомобиля, особенно в зимнее время, когда воздух сухой. Но, чтобы не использовать различные баллончики и химию, рекомендуется носить одежду из натуральных материалов: хлопка и льна.

Если на обуви прорезиненная подошва, то это создает условия для накопления потенциала напряжения. Чтобы этого не произошло, достаточно в обувь положить специальные антистатические стельки, которые сделаны из натуральных материалов. В результате негативное влияние на человека уменьшится.

Слишком сухой воздух зимой в городских квартирах способствует накапливанию электростатического заряда. Для этого существуют специальные устройства – увлажнители воздуха. Если такого устройства нет, то вполне подойдет большая влажная салфетка, которую необходимо положить на батарею. В результате процесс накопления заряда уменьшится, обстановка в квартире улучшится. Также рекомендуется регулярно производить влажную уборку. Это позволит вовремя удалять пыль и наэлектризованные участки. Такой способ является лучшим.

Электрические устройства в быту при эксплуатации также накапливают статический заряд на корпусе. Для снижения действия статического заряда выполняют систему уравнивания потенциалов. Она подключается к заземляющему контуру всего дома. Акриловая ванна подвержена накоплению на ней статического заряда, и ее необходимо защищать системой уравнивания потенциалов. Даже чугунная ванна с акриловым вкладышем также подвержена этому негативному явлению.

Защита от статического электричества на производстве
В промышленном производстве применяют несколько способов сохранения функциональности оборудования:
  • Увеличение стойкости устройств и оборудования к воздействию электростатического разряда.
  • Блокировка проникновения заряда на рабочее место.
  • Недопущение возникновения электростатических зарядов.

Два последних способа дают возможность осуществлять защиту многих устройств, а первый способ применяется только для отдельных видов оборудования.

Высокую защиту от разрядов статического поля и сохранения функциональности устройства обеспечивает клетка Фарадея. Это металлическая клетка в виде сетки с мелкой ячейкой. Клетка ограждает оборудование со всех сторон. Она подключается к заземляющему контуру. Внутрь клетки не проходят электрические поля, в то же время магнитному статическому полю, клетка Фарадея не мешает. По такому же принципу защищают кабели, оснащая их металлическим экраном.

Защита от статического электричества делится по методам выполнения:
  • Конструкционно-технологические.
  • Химические.
  • Физико-механические.

Последние два метода дают возможность снизить образование зарядов и повысить скорость их ухода в землю. Первый метод выполняет защиту устройств от зарядов, но не отводит их на заземление.

Оптимизировать снижение электростатического заряда можно следующим образом:
  • Увеличением токопроводимости материалов.
  • Созданием коронирования.
Такие задачи решают с помощью:
  • Выбора материалов с хорошей объемной проводимостью.
  • Увеличением рабочих поверхностей.
  • Ионизацией воздушного пространства.

Для реализации этих задач создают магистрали для протекания на землю статических зарядов, минуя рабочие компоненты устройств. Если материалы имеют высокое сопротивление, то применяют другие способы.

Похожие темы:

Основы статического электричества | OPW Retail Fueling EMEA

Как возникает статическое электричество?

При движении топлива с низкой проводимостью, например бензина, в непроводящих трубах образуется заряд статического электричества. Отрицательные заряды накапливаются на стенке трубы, а положительные остаются в протекающем топливе. Такое разделение зарядов происходит так же, как при трении двух непроводящих материалов. Попытайтесь потереть воздушный шар о кожу или волосы, и получите электростатический заряд.

Поскольку в непроводящей трубе заряды не рассеиваются и не отводятся, они накапливаются на стенке трубы. Увеличению зарядов способствуют низкая проводимость топлива, высокая скорость потока, турбулентность в коленах, пламегасители, фильтры и т.д., а также наличие загрязнений в топливе. Тестирование непроводящих трубопроводов показало возможность накопления зарядов до 90000 В.

Нажмите, чтобы просмотреть анимационный ролик об образовании заряда — Принцип 1

Заряды распределяются по стенке трубы неравномерно, в зависимости от потока топлива и турбулентности в трубе. Разряды происходят между стенкой трубы и заземленным предметом (металлический фланец или аналогичное оборудование), между стенкой трубы и топливом, или между разнозаряженными зонами стенки трубы.

Разряд может привести к возгоранию воспламеняемой среды в трубе. Известно о возникновении таких ситуаций на конце сливных труб в сливной точке

Заряды в трубе также создают электростатическое поле вокруг трубы. Незаземленные проводящие предметы в этом поле получают наведенный электростатический потенциал. То есть, у фланцев, стяжных хомутов и прочих предметов снаружи трубы может быть опасный потенциал при отсутствии правильного соединения и заземления. Разряды могут происходить между этими и проводящими предметами с другим потенциалом: заземленными предметами, инструментами или людьми.

Нажмите, чтобы просмотреть анимационный ролик об электростатической индукции — Принцип 2

Проводящий трубопровод рассеивает статические заряды

В токопроводящей системе поток топлива создает меньше зарядов, а создаваемые заряды сразу устраняются заземлением.

Нажмите, чтобы просмотреть анимационный ролик рассеивания заряда в токопроводящей трубе

Статический заряд и характеристики материала

Как характеристики материала влияют на статический заряд 

Трибоэлектрический ряд

Когда два материала соприкасаются и разделяются, полярность и величина заряда, которые возникают, указываются позициями материалов и их можно расположить в трибоэлектрический ряд. Таблицы трибоэлектрических рядов показывают, как генерируются заряды на различных материалах. Когда два материала соприкасаются и разделяются, один ближе к верхней части серии принимает положительный заряд, другой — отрицательный заряд при трении. Материалы, которые далеко находятся друг от друга в таблице, как правило, имеют более высокую разность потенциалов, чем близко находящиеся материалы. Однако эти таблицы следует использовать только в качестве справочника, поскольку существует много материалов, которые трудно контролировать, чтобы обеспечить равный потенциал. Типичный трибоэлектрический ряд показан в Таблице 1.

Таблица 1. Типичный трибоэлектрический ряд.

Практически все материалы, включая частицы воды и пыли в воздухе, могут быть трибоэлектрически заряжены. Сколько заряда генерируется, куда этот заряд направлен и как быстро – функции физических, химических и электрических характеристик материала.

Изоляционные материалы (Диэлектрики)

Материал, который предотвращает или ограничивает поток электронов по его поверхности или через его объем, называется изолятором. Изоляторы имеют чрезвычайно высокое электрическое сопротивление, изоляционные материалы определяются как «материалы с поверхностным сопротивлением или объемным сопротивлением, равным или большим 1 × 1011 ом.» На поверхности изолятора может образоваться достаточно большое количество заряда.

Поскольку изоляционный материал не позволяет электронам быстро стекать, как положительные, так и отрицательные, заряды могут находиться на изоляционной поверхности одновременно, хотя и в разных местах. Избыток электронов в отрицательно заряженном месте может быть достаточным, чтобы компенсировать отсутствие электронов в положительно заряженном месте. Однако электроны не могут легко проходить по поверхности изоляционного материала, и оба заряда могут оставаться на месте очень долго. Единственный способ снять заряд с диэлектрика – это нейтрализовать его с помощью ионизаторов.

Проводящий материал

Проводящий материал, поскольку он имеет низкое электрическое сопротивление, позволяет электронам легко проходить по его поверхности или через его объем. Проводящие материалы имеют низкое электрическое сопротивление, меньше чем 1 × 104 Ом (поверхностное сопротивление) и 1 × 104 Ом (объемное сопротивление). Когда проводящий материал становится заряженным, заряд (т. е. дефицит или избыток электронов) будет равномерно распределен по поверхности материала.

Если заряженный проводящий материал контактирует с другим проводящим материалом, электроны будут разделены между материалами довольно легко. Если второй проводник присоединен к заземленному оборудованию с питанием от переменного тока или любому другому оборудования для заземления, то электроны будут устремляться к земле и избыточный заряд на проводнике будет нейтрализован. Электростатический заряд может создаваться трибоэлектрически на проводниках так же, как и на изоляторах. Пока проводник изолирован от других проводников или земли, статический заряд останется на проводнике. Если проводник заземлен, заряд будет устремляться к земле. Или, если заряженный проводник контактирует с другим проводником, заряд будет проходить между двумя проводниками.

Примерами проводящих материалов могут служить такие товары, как антистатические коврики и антистатические контейнеры.

Статические диссипативные материалы (Рассеивающие)

Значение электрического сопротивления находится между изоляционными и проводящими материалами (1 × 104 < 1× 1011 (поверхностное сопротивление или объемное сопротивление). Поток электронов может пройти вдоль или насквозь диссипативного материала, он управляется поверхностным сопротивлением или объемным сопротивлением материала.

Как и в случае двух вышесказанных типов материалов, заряд может генерироваться трибоэлектрически на статическом диссипативном материале. Однако, как и проводящий материал, статический диссипативный материал позволяет передавать заряд на землю или другие проводящие объекты. Перенос заряда из рассеивающего материала обычно занимает больше времени, чем из проводящего материала эквивалентного размера. Передачи заряда от статических диссипативных материалов значительно быстрее, чем от изоляторов, и медленнее, чем от проводящего материала.

Рассеивающий материал используется в изготовлении анитистатических ковриков и антистатических пакетов.

Электростатическое поле

Заряженные материалы также имеют электростатическое поле и силовые линии. Проводящие объекты, помещенные в область действия этого электрического поля, будут поляризованы процессом, известным как индукция Рисунок 1. Отрицательное электрическое поле будет отталкивать электроны на поверхности проводящего элемента, который подвергается воздействию поля. Положительное электрическое поле будет притягивать электроны к поверхности, оставляя другие области положительно заряженными. Никаких изменений заряда элемента не произойдет при поляризации. Если проводящее или диссипативное изделие соединено с землей при поляризации, то заряд будет стремиться к земле из-за дисбаланса. Если электростатическое поле выключено и контакт заземления разорван, то заряд останется на предмете. Если изоляционный предмет перемещается в электрическое поле, электрические диполи будут стремиться, чтобы совмещаться с полем, создавая видимые поверхностные заряды. Диэлектрик (изоляционный материал) не может быть заряжен индукцией.

 

Рис.1. Индукция.

Что такое статическое электричество | Энергофиксик

Буквально каждый из нас с вами сталкивается со статическим электричеством по нескольку раз на день. Так, например, снимая (одевая) свитер из синтетики мы с вами можем услышать легкое потрескивание, а в темноте даже увидим маленькие искорки статического разряда. В этой статье я расскажу что такое статическое электричество и каким образом с ним можно бороться.

Что такое статическое электричество
Примечание. В приведенном материале будет рассмотрена общепризнанная теория, объясняющая образование статического электричества.

Условием зарождения статического заряда считается нарушение атомарного (или молекулярного) баланса по причине потери или наоборот, приобретения электрона. Нормальное состояние атома — это равновесие, когда количество положительно заряженных частиц (протонов) соответствует общему числу отрицательно заряженных частиц (электронов).-19 Кулон. При этом протон имеет аналогичный заряд, только с положительным знаком. При этом статический заряд имеет прямую зависимость от переизбытка или недостатка электронов, т.е. общему количеству нестабильных ионов.

Кулон, является главной единицей статического заряда, который указывает количество энергии, прошедшее через поперечное сечение проводника за 1 секунду при величине тока в 1 Ампер.

Каким образом генерируется статическое электричество

Основные факторы, приводящие к образованию статического электричества заключены в следующем:

1. Контакт и последующее разделение двух материалов друг от друга (процесс намотки, размотки полиэтиленового полотна с катушки).

yandex.ru

yandex.ru

2. Резкое изменение температуры (помещение изделия в разогретую печь).

3. Наличие высокого радиационного фона с повышенными энергиями, ультрафиолетовое излучение, рентгеновской излучение.

4. Операции по разрезке материала (например, работа раскроечного станка или аппарата по разрезке бумаг).

5. Наведение.

Наиболее часто статический заряд на производстве формируется в цехах, где выполняется обработка рулонных пленок и листового пластика.

yandex.ru

yandex.ru

И по сей день этот феномен не получил научного толкования, но наиболее близкое толкование образования статического заряда возможно получить проведя параллели с плоским конденсатором, в оном механическая сила и при отделении пластин трансформируется в электрическую. При этом величина результирующего напряжения вычисляется следующим образом:

Ur = Un* (L1/L2)

где: Un — изначальное напряжение

L1 — конечное расстояние между пластинами

L2 — начальное расстояние между пластинами.

То есть, когда пластик непосредственно контактирует с валом, то незначительный заряд, «кочующий» от материала к валу создает дисбаланс. Как только пластик начинает покидать область контакта с валом, начинает расти результирующее напряжение, пока не достигается напряжение пробоя, образующееся между соседствующими материалами.

Результатом этого может быть потрескивание и даже небольшое искрение.

yandex.ru

yandex.ru

По этой причине все валы транспортировочных лент заземляются, а при проектировании линии просчитываются все проблемные зоны и методы ликвидации статического заряда.

Какие проблемы несет статический заряд

В первую очередь статический заряд крайне опасен для электроники, так как такой заряд способен повредить контакты, соединительные дорожки или стать причиной выхода из строя других чувствительных элементов.

В данном случае носителем статического заряда может выступать сам человек, поэтому следует следовать такому правилу: прежде чем приступить к работе с таким оборудованием нужно снять заряд с тела человека, для этого достаточно прикоснуться к любой металлической конструкции имеющей заземление.

yandex.ru Антистатический браслет

yandex.ru Антистатический браслет

Следующим негативным фактором, который вызывает статическое электричество, является электростатическое притяжение либо отталкивание. Этот эффект так же наиболее ярко проявляется на производстве пластмасс, бумаги, текстиля и т.д.

Данный эффект подчиняется законам Кулона. Причем если элементы оказались заряжены одноименными зарядами, то они отталкиваются, если разноименными зарядами, то притягиваются. Если при этом только один элемент обладает зарядом, то он будет провоцировать притяжение путем образования зеркального заряда на до этого нейтрально заряженных объектах.

Существующие типы статического разряда

Существуют три основных типа разряда:

1. Искровой. Данный разряд может быть инициирован от умеренно проводящего электрически изолированного объекта. Например, сам человек — изолированная часть механизма или же сам электроинструмент. Есть предположение, что вся энергия заряда нивелируется во время образования искры.

yandex.ru

yandex.ru

2. Кистевой. Данный заряд формируется когда острые детали техники накапливают заряд на своих диэлектрических поверхностях. Данный заряд характеризуется меньшей энергией, если сравнивать его с искровым и считается менее опасным.

3. Кистевой скользящий. Такой заряд формируется при трении листового или рулонного синтетического материала с достаточно большим удельным сопротивлением. Данный тип статического разряда так же является крайне опасным, так как его эффект разрядки сравним с разрядкой плоского конденсатора.

Заключение

Статическое электричество — это еще крайне слабо изученное явление, но мы вынуждены с ним сталкиваться буквально каждый день, поэтому знать в общих чертах необходимо. В следующих материалах я рассмотрю бытовую составляющую этого любопытного явления. Если вам статья понравилась, оцените ее. Спасибо за ваше внимание!

Электропроводящие полиуретановые валы — новый способ борьбы со статическим электричеством на производстве

Сам по себе полиуретан – диэлектрический материал, неспособный проводить электричество, что иногда ограничивает его применение. Технологи «Уником-Сервис» предложили ввести в полиуретановые материалы концентрат на основе одностенных углеродных нанотрубок. Хорошо диспергированные графеновые нанотрубки образуют в матрице полиуретана трехмерную электропроводящую сеть, что делает материал электропроводящим.

В отличие от обычных аддитивов (таких как многостенные углеродные нанотрубки, углеродные волокна или технического углерод), графеновые нанотрубки не оказывают отрицательное действие на физико-механические показатели полиуретана. Таким образом, электропроводящий полиуретан:

  • не меняет твёрдость
  • не теряет прочностные характеристики
  • сохраняет электропроводность независимо от рабочей температуры
  • сохраняет стабильные физико-механические характеристики после износа, отсутствует миграция добавки

Возникновению статического электричества наиболее подвержены производственные линии с большим количеством валов и движущихся частей.

Статический заряд генерируется в процессе разматывания/наматывания, резки или перемещения полиэтиленовых (полимерных) материалов. Это приводит к возникновению серьезных трудностей:

  • Осложнения технологического процесса: слипание/отталкивание пленки, прилипание к оборудованию, неправильное наматывание, притяжение пыли, плохое качество печати.
  • Риск возникновения пожара. Особенно опасно искрообразование на предприятиях, использующих легковоспламеняющиеся жидкости.
  • Поражение электрическим током персонала, работающего с наэлектризованным оборудованием.

Чтобы избежать этих проблем, производители пленок вынуждены использовать дополнительные элементы: ионизирующие лампы и антистатические щетки. Но такие элементы усложняют конструкцию, требуют расходов на их приобретение и техническое обслуживание.

Также для съема статического электричества на оборудовании используются алюминиевые валы. Такие валы дорогие и быстро изнашиваются. Их частая замена приводит к дополнительным затратам и простоям оборудования. Обычные полиуретановые валы служат в разы дольше, но статику не снимают.

Полиуретановые валы с электропроводящим покрытием решают сразу две проблемы: они не накапливают статическое электричество и служат в несколько раз дольше алюминиевых. Главное, чтобы электропроводящий вал был заземлен.

В большинстве случаев стоимость таких валов не отличается от стандартных, поэтому такой шаг не влечет дополнительных расходов. Переход на электропроводящие валы будет незаметен для производственного процесса, так как осуществляется во время очередной замены изношенного вала.

Электропроводящие полиуретаны – эффективное средство защиты от статического электричества. Покрытие валов из этого материала позволяет отказаться от дополнительных элементов в конструкции оборудования, а износостойкие свойства полиуретана увеличивают межремонтный интервал агрегатов.

7 защита от статического электричества. Статическое электричество и защита от его воздействия

Для устранения вредных и опасных проявлений статического электричества применяют такие меры, как: заземление корпусов производственного оборудования; заземление емкостей для хранения и транспортировки легковоспламеняющихся и горючих жидкостей; антистатическая обработка поверхностей; введение антистатических веществ в состав изделий; увеличение влажности обрабатываемых материалов и окружающей среды; ионизация среды; уменьшение скорости обработки материалов.

Заземление является обязательным и применяется даже в ущерб технологическому процессу. Этот способ является традиционным и наиболее широко распространен. Заземляются корпуса аппаратов и механизмов, наконечники сливных шлангов, автотранспорт для перевозки горюче смазочных материалов (бензовозы) и т.д. Заземление выполняется по правилам заземления электроустановок. Однако здесь сопротивление заземления не должно превышать 100 Ом.

Заземление является хотя и надежным способом защиты, но не всегда, поскольку с его помощью отводится на землю лишь часть заряда, накапливаемого на электропроводящих корпусах оборудования, а заряды, накапливаемые на диэлектрических материалах и частях оборудования, могут долго сохраняться и создавать опасность возникновения искровых разрядов.

Поскольку повышение влажности существенно уменьшает накопление зарядов, то этот метод защиты также находит достаточно широкое применение. Так, в промышленности при производстве и переработке синтетических волокон в качестве оптимальной рекомендуется поддерживать влажность на уровне 85 – 90 %. Однако следует учитывать, что существуют материалы, которые не могут обрабатываться при большой влажности или качество которых при этом может снизиться. Поэтому этот способ не всегда применим.

Антистатическая обработка поверхностей с помощью определенных химических составов увеличивает электропроводность этих поверхностей и снижает вероятность возникновения на них зарядов или вообще препятствует их электризации. Кроме того, многие из этих материалов имеют хорошие смазочные свойства и уменьшают трение, а также могут обладать гигроскопичностью, что может снизить электризацию. Антистатические вещества вводят и в состав изделий. Например, при изготовлении шлангов для налива и перекачки легковоспламеняющихся жидкостей в состав материала добавляют графит и сажу. Иногда антистатические добавки вводятся и в состав жидкостей, что повышает их электропроводность. Однако данный метод пока еще не во всех отраслях промышленности, где существует опасность появления статического электричества, нашел широкое распространение. Например, в порошковой промышленности он применяется только для некоторых комбинаций материалов.

Надежным методом нейтрализации зарядов статического электричества является создание электрических зарядов противоположной полярности и направление их к заряженному объекту.


При рекомбинации зарядов достигается желаемое нейтральное состояние. Данный метод защиты получил достаточно широкое распространение в промышленности. В зависимости от того, каким способом производится генерация зарядов (ионов), методы отличаются друг от друга. Из многочисленных способов создания ионов в воздухе практическое значение имеют следующие два: ионизация воздуха посредством управляемого коронного разряда; ионизация воздух с использованием рентгеновского, гамма- и ультрафиолетового излучения, а также a- и b-частиц.

В качестве примера рассмотрим принципиальную схему аппарата для нейтрализации статического электричества, в котором для генерации электрических зарядов используется коронный разряд (рис. 2.3) . Заряды в данном случае нейтрализуются на синтетической ленте 3, которая приводится в движение роликами 1 и 2. Ионизатор 4, находящийся под высоким напряжением противоположной относительно зарядов наэлектризованной ленте полярности, создает коронный разряд. Электрический ток разряда, т.е. количество зарядов, движущихся к материалу, растет с повышением напряжения. Таким образом, заряды,

направляющиеся к наэлектризованному материалу, будут компенсировать до требуемой величины его заряды. Наличие полярности и количество зарядов на материале контролируются электрометром 7. Регулируя напряжение регулятором 5 до тех пор, пока показания электрометра не станут равными нулю, можно добиться полной нейтрализации зарядов. Поскольку на внутренней поверхности ленты также может накапливаться заряд, то для полной нейтрализации возможно применение еще одного ионизатора, расположенного снизу от ленты. Однако экспериментально доказано , что практически для полной нейтрализации достаточно и одного ионизатора.

Рис. 2.3. Принципиальная схема аппарата для нейтрализации статического электричества

Радиоактивные нейтрализаторы в конструктивном исполнении достаточно просты и обычно имеют форму длинной пластины или диска с нанесенным на одной стороне радиоактивным препаратом. Чаще всего используют растворы радия (Ra) и полония (Po). Радий излучает частицы a и b с периодом полураспада Т 1/2 = 1590 лет, а полоний – частицы a с периодом полураспада Т 1/2 = 138 дней. Излучение a состоит из частиц гелия с зарядом 2e + и глубиной проникновения в воздухе 30 – 75 мм. Излучение b состоит из электронов и имеет для радия глубину проникновения 1 м. Гамма-излучение по сравнению с a- и b-частицами обладает меньшей проникающей способностью.

Радиоактивные ионизаторы располагают на таком расстоянии от нейтрализуемого тела, при котором достигается максимальная эффективность. Здесь следует отметить, что регулировать количество генерируемых зарядов (ионов) в данном типе нейтрализаторов достаточно сложно и, как правило, такая регулировка отсутствует.

Электрические свойства тел определяются тем, как они проводят ток. Их разделяют на проводники и изоляторы. Если объёмное электросопротивление вещества превышает 10 5 Ом – это диэлектрик, который не проводит электрический ток. На схеме ниже представлены бытовые источники статического электричества (СЭ).

Бытовые источники статистического электричества

В электростатике граница между проводником и непроводником оценивается величиной удельного сопротивления всего 10 кОм*м. При превышении её предмет может стать источником СЭ.

Вещество может быть твёрдым или жидкостью. При его дроблении, трении, перемешивании, перекачивании электроны перераспределяются на поверхностях контакта, образуя двойные электрические слои. При этом происходит возникновение зарядов на поверхности диэлектрика (статического электричества).

Струя легковоспламеняющейся жидкости при свободном истечении легко электризуется. Накопление зарядов СЭ, появляющихся, при наливе нефтепродуктов может привести к разряду, представляющим большую взрывоопасность и пожароопасность.

В промышленности электрические заряды накапливаются на ремнях приводов, конвейерных лентах, в пылевоздушных смесях пневмосистем или аэрозольного транспорта.

На предприятиях пищевого производства СЭ образуется в процессах измельчения, дробления или просеивания сухих продуктов или при переработке зерна.

Источники статистического электричества в промышленности

СЭ образуется, когда соприкасаются тела с разной температурой, шероховатостью, концентрацией зарядов, электрическим состоянием атомов. При этом возникает упорядоченное распределение зарядов в местах контакта.

Когда тела разделяются, происходит частичная нейтрализация зарядов, но некоторая их часть остаётся на поверхностях, создавая электростатическое поле. При критической величине его напряжённости над поверхностью тела происходит электрический разряд. Для воздушной среды она составляет 30 кВ/см.

Степень электризации тела определяется величиной его потенциала по отношению к земле. Она может возрастать в различных технологических или физических процессах: при трении тел, перекачке и наливе свободной струёй неэлектропроводной жидкости, обработке и перемещении сухих материалов.

Заряды в диэлектриках могут появляться также при их трении об металл. Поэтому в данном случае металлический предмет должен быть заземлён, чтобы образующиеся заряды стекали в землю.

Определение энергии разряда

Электрическая искробезопасность – состояние исключения возможности образования искры от СЭ. Безопасную энергию, при которой не образуется пробой, можно рассчитать по формуле:

Э и = к∙Э min ,

где к = 0,4-0,5 – коэффициент безопасности;

Э min – минимальное значение энергии, при которой может произойти воспламенение горючего вещества (для воспламенения смесей паров и газов с воздухом Э min составляет доли миллиджоуля и находится по таблицам).

При накоплении СЭ величина зарядов на промышленных установках может достигать большой величины (45 кВ при транспортировке сыпучей среды на резиновой ленте конвейера, 80 кВ на кожаном ремне привода).

На теле человека потенциал достигает 20 кВ, но разряд не опасен из-за малого тока. При этом ощущение всё равно неприятное – в виде укола или судороги. В результате может произойти попадание в зону работу машин, падение с высоты и т. д.

Действие на человека разряда статического электричества

Электрическая ёмкость разряда статического электричества человеческого тела составляет от 100 до 350 пФ. Если через него произойдёт разряд на 10 кВ, выделяется энергия 5-17,5 мДж. Эта величина больше Э min воспламенения бензола или этилового спирта (0,2; 0,95 мДж) и является пожароопасной.

СЭ может нарушить технологический режим, создать помехи в системах связи и в работе автоматики, вывести из строя приборы.

Средства защиты от СЭ

Способы борьбы со статическим электричеством отличаются многообразием. Их можно разделить на три группы:

  1. предупреждение появления электростатического заряда;
  • Заземление оборудования. Систему трубопроводов или аппаратов заземляют как минимум в 2 точках. Заземляющее устройство только для защиты от статического электричества должно иметь сопротивление не выше 100 Ом. Чтобы между трубопроводами или металлоконструкциями, находящимися на расстоянии менее 10 см, не образовалось СЭ, делают замкнутые контуры, устанавливая с интервалом до 20 м металлические перемычки с заземлением. Автоцистерны заземляют стальной цепью, чтобы при движении она касалась дорожного полотна на участке не менее 20 см.
  • Контактирующие тела подбирают из материалов, удельные сопротивления которых близки.
  • Безопасные скорости перемещения жидких и сыпучих материалов. Если диэлектрическую жидкость пропускать через релаксационную ёмкость, участок трубы с большим диаметром, электростатические заряды снимаются до 98%, стекая через его стенки с заземлением Когда образуются брызги при наливе, капли электризуются особенно интенсивно. Поэтому заполнение емкостей начинается с небольшим расходом жидкости, после чего он постепенно увеличивается.

Схема релаксационной ёмкости с заземлением

  • Тонкая очистка жидкостей позволяет уменьшить электризацию. СЭ не накапливается в идеально чистых диэлектриках.
  1. снижение значения потенциала заряда до уровня безопасности;
  • Увеличение влажности диэлектрика и окружающего воздуха для отвода зарядов.
  • Химическая обработка поверхностей.
  • Напыление электропроводных плёнок и антистатических аэрозолей.
  • Электропроводные рабочие площадки, полы, трапы и заземлённые зоны. Пол на основе бетона считается электропроводным, если его толщина не превышает 3 см.
  • Антиэлектростатическая одежда и обувь с подошвой из кожи или электропроводной резины. Популярным является способ введения проводящих веществ в состав изготавливаемого материала: графит, сажа, порошок меди и серебра, и др.
  • Добавление растворимых солей меди, кобальта, хрома и других в диэлектрические растворы полимеров и жидкостей (снижение объёмного электрического сопротивления).
  • Применение токопроводящих браслетов, легко снимаемых и не мешающих работе.

Нанесение антистатического аэрозоля для уровня безопасности

  1. нейтрализация зарядов СЭ.
  • Для ионной нейтрализации зарядов применяется ионизация воздуха. Ионизаторы могут быть разных типов: радиоизотопные, индукционные, облучение воздуха ультрафиолетовыми и инфракрасными лучами, созданием коронного разряда. При генерации ионов в воздухе они притягиваются электростатическим полем в зоне накопления зарядов, где происходит нейтрализация последних. На рисунке нижетизображена схема, где отрицательные ионы нейтрализуют положительные заряды СЭ. Эффективность нагнетания ионизированного воздуха в зону нейтрализации небольшая, поскольку ионы рекомбинируют в воздушном потоке. Причём рекомбинация становится интенсивней с увеличением плотности ионов.
  • Подбираются поверхности трения из материалов, компенсирующих возникающие электрические заряды.

Схема нейтрализации зарядов СЭ потоком ионов

Мероприятия по устранению электризации должны проводиться с изучением специфики производства. Наиболее эффективными оказываются комбинированные методы, когда используется одновременно несколько приёмов.

Например, известно применение индукционного и радиоизотопного нейтрализаторов. Первый хорошо снижает большие заряды, а с малыми хорошо справляется второй.

СЭ на изолированных проводниках

Согласно ГОСТ 12.1.018 статическое электричество может появляться не только на диэлектриках, но и на изолированных от земли проводниках.

В металлоконструкциях могут наводиться ЭДС под влиянием переменных электрических полей. При сближении с заземлёнными проводниками возникают электрические разряды, которые могут привести к электротравматизму или воспламенению горючих веществ. Все металлоконструкции необходимо заземлять.

Заземление металлоконструкций для избегания электротравматизма

На металлических предметах, не связанных электрически с землёй, может наводиться электростатическая индукция. Заряды могут перетекать на ближайшие предметы, не имеющие заземления, что также приводит к появлению разрядов.

По металлокоммуникациям зданий могут заноситься высокие потенциалы. Чтобы этого не происходило, следует заземлять крюки, удерживающие фазные провода.

Видео про электричество

Как возникает и действует статическое электричество, можно узнать из видео ниже.

Заряды, возникающие от СЭ, могут вызывать пожары и взрывы в технологических процессах, где применяются легковоспламеняющиеся вещества. Разряды от СЭ вызывают у человека неприятные ощущения и могут привести к ошибочным действиям или травмам. Существуют различные методы борьбы со СЭ, наиболее действенными из которых являются комбинированные.

Вы наверняка в школе сталкивались на уроках физики с таким определением как – статическое электричество. Далее мы с вами кратко разберем, о чем именно идет речь в этом определении, а также поделимся знаниями о том, из-за чего оно возникает и как бороться с этим явлением в быту и на производстве. Итак, к вашему вниманию причины возникновения статического электричества и меры борьбы с ним.

Что это такое?

Причины возникновения этого явления природы довольно таки интересные. При неправильном балансе внутри атома или внутри молекулы и в итоге потери (обретения) нового электрона возникает статическое электричество. В норме каждый атом должен находиться в «равновесии» из-за равного количества протонов и нейтронов в нем. Ну а в свою очередь, электроны, перемещаясь от атома к атому, могут формировать отрицательные ионы или положительные ионы. И в случае отсутствия равновесия получается данное природное явление.

Более подробно узнать о том, что собой представляет электростатический заряд и как его использовать с пользой, вы можете узнать в этом видео:

В чем опасность явления?

Самой главной опасностью статического электричества является риск поражения током (о нем мы поговорим ниже), однако существует еще и риск возгорания. Считается, что не для каждого производства грозит риск возгорания, но непосредственно для таких предприятий как полиграф это очень опасно, так как они используют в производстве растворители, которые легко воспламеняются.

  1. Энергия, тип и мощность статического разряда.
  2. Необходимость в присутствии среды, которая легко возгорается.

Наглядно опасность данного явления и правила борьбы с ним демонстрируются на видео примере:

Кстати вы должны знать, что негативное влияние статического электричества на организм человека заключается не только в получении травм, но и нарушениях нервной системы!

Причины и источники возникновения

На сегодняшний день мы уверены, что статическое электричество возникает из-за нескольких причин, а именно:

  1. Из-за наличия какого-либо контакта между поверхностями 2 материалов с последующим отделением их друг от друга (например, трение резинового шарика о шерстяной свитер или на производстве при наматывании материалов).
  2. Присутствие ультрафиолета, радиационного излучения и т.д.
  3. При стремительном перепаде температур.

Чаще всего статическое электричество проявляется при первой причине. Данная процедура не полностью ясна, однако это является в наибольшей степени точным объяснением из всех.

Ни для кого не секрет что как на производстве, так и в быту это явление происходит чаще и для контроля над ним следует точно выявить участок проблемной зоны и принять меры для защиты. Интересный факт: это явление может вызвать «искрение» вокруг объекта, который имеет такую способность, как накапливание заряда электричества. И вы спросите, в чем опасность этого? А в том, что при накоплении большого заряда есть возможность поражения рабочего персонала на производстве. На сегодняшний день известно лишь 2 основных причины возникновения удара статическим электричеством.

Первой причиной является наведенный заряд . При условии нахождения человека в электрическом поле и если он держится руками за заряженный предмет, то тело этого человека может зарядиться.

Если на этом человеке будут одеты защитные ботинки с изолирующей подошвой, то заряд электричества будет оставаться в нем. А может ли заряд пропасть? Конечно, причиной этому будет тот момент, когда он дотронется до заземлённого предмета. Именно в этот момент рабочий и получит поражение электрическим током (в момент утечки заряда на землю). Описанный способ получения удара током получается при наличии у него на ногах обуви изолирующей электричество. Ведь при прикосновении к заряженному объекту, из-за обуви заряд остается в теле человека, а когда тот прикасается к объекту, предназначенному для защиты от него (к заземленному оборудованию), заряд стремительно проходит через тело человека и «наносит удар» током. Возникновение данного процесса возможно как в быту, так и на производстве, можно сказать, что никто не защищен от него. При воздействии синтетических ковров и обуви во время передвижения человека появляется заряд статического электричества. Меры борьбы с этим опасным явлением в быту демонстрируются на видео:

Вас когда-нибудь било разрядом электричества при выходе из машины вы до сих пор не знаете, что делать в таком случае? Это возникает при воздействии вашей руки с металлической дверью из-за того что, во время выходы из машины происходит «провокация» заряда между вашей одеждой и сиденьем. К сожалению, как уже говорилось ранее, единственным вариантом, как избавиться от данной дилеммы — это дотронутся до двери машины, чтобы через нее ток по машине «спустился» к земле. Другого более легкого способа, как снять с себя статическое электричество, нет.

Вторая причина поражения статическим электричеством на производстве — возникновение заряда на оборудовании . Данный вид поражения электрическим током случается довольно таки редко в отличие от вышеприведенного примера.

Итак для вашей защиты и для того чтобы вы знали как избавиться от данной неприятности рассмотрим весь этот процесс. Представим, что определенный предмет имеет внушительный заряд статического электричества, бывает, что ваши пальцы накопили заряд в таком количестве что происходит «пробой» и в итоге этого – разряд. Так что вот вам небольшой совет: для вашей защиты на производстве необходимо надевать резиновые перчатки (на всякий случай). Все мы рассмотрели в соответствующей статье!

Меры и средства защиты

В тот момент, когда на производстве стоит вопрос «как снять» опасность возникновения статического электричества и организовать защиту от него многие нефтяники обращаются к постановлению Госгортехнадзора. Известно, что абсолютно всё оборудование, которое заземлено, может считаться защищенным, даже если оборудование имеет окрашенный краской металлический корпус.

Честно говоря, защита оборудования от поражения статическим электричеством нами была уже обговорена ранее. О том, как бороться с этим явление в доме и квартире, доступно рассказывается в видео, предоставленном выше. Важно отметить, что увлажнители воздуха действительно хорошо способствуют снятию электростатического заряда. О том, мы рассказывали в соответствующей статье.

Еще одним примером защиты являются стекатели для автомобилей. Собственно говоря, стекатель это просто «кусок» резины, прикрепленный к машине так, чтобы одной стороной он касался машины а другой земли, этакий «передвижной заземлитель». В целях предосторожности рекомендуется устанавливать стекатели на авто, как показано на фото ниже. Это позволит убрать электростатический заряд, который может нанести вам вред.

Вот и все, что хотелось рассказать вам о том, какие бывают причины возникновения статического электричества и какие методы борьбы с данным явлением существуют на сегодняшний день. Надеемся, информация была для вас полезной и интересной!

Электростатические заряды возникают на поверхностях некоторых трущихся материалов — как жидких, так и твердых, в результате сложного процесса контактной электризации. Электризация возникает при трении двух диэлектрических или диэлектрического и проводящего материала, если последний изолирован.

Интенсивность образования электрических зарядов определяется различием в электрических свойствах материалов, а также силой и скоростью трения. Чем больше сила и скорость трения и больше различие в электрических свойствах, тем интенсивнее происходит образование электрических зарядов. Например, электростатические заряды образуются на кузове двигающегося в сухую погоду автомобиля, если резина колес обладает хорошими изолирующими свойствами. В результате между кузовом и землей возникает электрическое напряжение, которое может достигнуть 10 кВ и привести к возникновению искры при выходе человека из автомобиля — разряд через человека на землю.

На производстве в различных технологических процессах также образуются большие электрические заряды, потенциалы которых могут достигать десятков киловольт, например при измельчении, пересыпании и пневмотранспортировке твердых материалов, при переливании, перекачивании по трубопроводам, перевозке в цистернах диэлектрических жидкостей (бензина, керосина и др.). При пробуксовывании резиновой ленты транспортера относительно роликов или ремня ременной передачи относительно шкива могут возникнуть электрические заряды с потенциалом до 45 кВ.

Кроме трения, причиной образования статических зарядов является электрическая индукция, в результате которой изолированные от земли тела во внешнем электрическом поле приобретают электрический заряд. Особенно велика индукционная электроли-зация электропроводящих объектов. Например, на металлических предметах (автомобилях и т. п.), изолированных от земли, в сухую погоду под действием электрического ПОЛЯ высоковольтных линий электропередач или грозовых облаков могут образовываться значительные электрические заряды.

При прикосновении человека к предмету, несущему электрический заряд, происходит разряд последнего через тело человека. Величины возникающих при разрядке токов не велики, и они очень кратковременны. Поэтому электротравм не возникает. Однако разряд, как правило, вызывает рефлекторное движение человека, что в ряде случаев может привести к резкому движению руки, падению с высоты или его попаданию в опасную производственную зону.

Наибольшая опасность электростатических зарядов заключается в том, что искровой разряд может обладать энергией, достаточной для воспламенения горючей или взрывоопасной смеси. Искра, возникающая при разрядке электростатических зарядов, является частой причиной пожаров и взрывов. При напряжении 3 кВ искровой разряд может вызвать воспламенение почти всех паро- и газовоздушных смесей; при 5 кВ — воспламенение большей части горючих пылей.

Наибольшую опасность статическое электричество представляет на производстве и на транспорте, особенно при наличии пожаровзрывоопасных смесей, пыли и паров легковоспламеняющихся жидкостей.

В бытовых условиях (например, при хождении по ковру) накапливаются небольшие заряды, и энергии возникших искровых разрядов недостаточно для инициирования пожара в обычных условиях быта.

Для защиты от статического электричества используют:

  • метод, исключающий или уменьшающий интенсивность образования зарядов статического электричества;
  • метод, устраняющий образующие заряды.

Первый метод наиболее эффективен и осуществляется за счет подбора пар материалов элементов машин, которые взаимодействуют между собой с трением. Другим способом нейтрализации зарядов статического электричества является смешение материалов, которые при взаимодействии с элементами оборудования заряжаются разноименно. Например, при трении материала, состоящего из 40 % нейлона и 60 % дакрона, о хромированную поверхность электролизации не наблюдается.

Уменьшению интенсивности образования электростатических зарядов способствуют снижение силы и скорости трения, шероховатости взаимодействующих поверхностей. С этой целью при транспортировании по трубопроводам огнеопасных жидкостей с большим удельным электрическим сопротивлением (например, бензина, керосина и т. п.) регламентируют предельные скорости перекачки. Налив таких жидкостей в резервуары свободно падающей на поверхность жидкости струей не допускается: сливной шланг заглубляют под поверхность сливаемой жидкости.

Основным приемом реализации второго метода является заземление электропроводных частей технологического оборудования для отвода в землю образующихся зарядов статическою электричества. Для этой цели можно использовать обычное защитное заземление, предназначенное для защиты от поражения электрическим током. При невозможности заземлении элементов машин и оборудования на их поверхность наносят электропроводные покрытия (антистатики), а тканевые материалы (например, фильтров) подвергают специальной пропитке, увеличивающей их электропроводность. Исключительно важным является заземление газоходов вентиляционных систем, по которым транспортируется запыленный воздух.

Для увеличения интенсивности стекания статических зарядов с элементов машин воздух в помещении, где они установлены, увлажняют.

Повседневная деятельность любого человека связана с его перемещением в пространстве. При этом он не только ходит пешком, но и ездит на транспорте.

Во время любого движения происходит перераспределение статических зарядов, изменяющих баланс внутреннего равновесия между атомами и электронами каждого вещества. Он связан с процессом электризации, образованием статического электричества.

У твердых тел распределение зарядов происходит за счет перемещения электронов, а у жидких и газообразных — как электронов, так и заряженных ионов. Все они в комплексе создают разность потенциалов.

Причины образования статического электричества

Наиболее распространенные примеры проявления сил статики объясняют в школе на первых уроках физики, когда натирают стеклянные и эбонитовые палочки о шерстяную ткань и демонстрируют притяжение к ним мелких кусочков бумаги.

Также известен опыт по отклонению тонкой струи воды под действием статических зарядов, сконцентрированных на эбонитовом стержне.

В быту статическое электричество проявляется чаще всего:

    при ношении шерстяной или синтетической одежды;

    хождении в обуви с резиновой подошвой или в шерстяных носках по коврам и линолеуму;

    пользовании пластиковыми предметами.


Ситуацию усугубляют:

    сухой воздух внутри помещений;

    железобетонные стены, из которых выполнены многоэтажные здания.

Как создается статический заряд

Обычно физическое тело содержит в себе равное количество положительных и отрицательных частиц, за счет чего в нем создан баланс, обеспечивающий его нейтральное состояние. Когда оно нарушается, то тело приобретает электрический заряд определённого знака.

Под статикой подразумевают состояние покоя, когда тело не движется. Внутри его вещества может происходить поляризация — перемещение зарядов с одной части на другую или перенос их с рядом расположенного предмета.

Электризация веществ происходит за счет приобретения, удаления или разделения зарядов при:

    взаимодействии материалов за счет сил трения или вращения;

    резком температурном перепаде;

    облучении различными способами;

    разделении или разрезании физических тел.

Распределяются по поверхности предмета или на удалении от нее в несколько междуатомных расстояний. У незаземленных тел они распространяются по площади контактного слоя, а у подключенных к контуру земли стекают на него.

Приобретение статических зарядов телом и их стекание происходит одновременно. Электризация обеспечивается тогда, когда тело получает бо́льший потенциал энергии, чем расходует во внешнюю среду.

Из этого положения вытекает практический вывод: для защиты тела от статического электричества необходимо с него отводить приобретаемые заряды на контур земли.

Способы оценки статического электричества

Физические вещества по способности образовывать электрические заряды разных знаков при взаимодействии трением с другими телами, характеризуют по шкале трибоэлектрического эффекта. Часть их показана на картинке.


В качестве примера их взаимодействия можно привести следующие факты:

    хождение в шерстяных носках или обуви с резиновой подошвой по сухому ковру может зарядить человеческое тело до 5÷-6 кВ;

    корпус автомобиля, едущего по сухой дороге, приобретает потенциал до 10 кВ;

    ремень привода, вращающий шкив, заряжается до 25 кВ.

Как видим, потенциал статического электричества достигает очень больших величин даже в бытовых условиях. Но он не причиняет нам большого вреда потому, что не обладает высокой мощностью, а его разряд проходит через высокое сопротивление контактных площадок и измеряется в долях миллиампера или чуть больше.

К тому же его значительно уменьшает влажность воздуха. Ее влияние на величину напряжения тела при контакте с различными материалами показано на графике.


Из его анализа следует вывод: во влажной среде статическое электричество проявляется меньше. Поэтому для борьбы с ним используют различные увлажнители воздуха.

В природе статическое электричество может достигать огромных величин. При перемещении облаков на дальние расстояния между ними скапливаются значительные потенциалы, которые проявляются молниями, энергии которых бывает достаточно для того, чтобы расколоть вдоль ствола вековое дерево или сжечь жилое здание.

При разряде статического электричества в быту мы чувствуем «пощипывания» пальцев, видим искры, исходящие от шерстяных вещей, ощущаем снижение бодрости, работоспособности. Ток, действию которого подвергается наш организм в быту, отрицательно сказывается на самочувствии, состоянии нервной системы, но он не приносит явных, видимых повреждений.

Производители измерительного промышленного оборудования выпускают приборы, позволяющие точно определить величину напряжения накопленных статических зарядов как на корпусах оборудования, так и на теле человека.


Как защититься от действия статического электричества в быту

Каждый из нас должен понимать процессы, которые образуют статические разряды, представляющие угрозу для нашего организма. Их следует знать и ограничивать. С этой целью проводятся различные обучающие мероприятия, включая популярные телепередачи для населения.


На них доступными средствами показываются способы создания статического напряжения, принципы его замера и методы выполнения профилактических мероприятий.

Например, учитывая трибоэлектрический эффект, лучше всего для расчесывания волос использовать расчески из натурального дерева, а не металла или пластика, как делает большинство людей. Древесина обладает нейтральными свойствами и при трении по волосам не образует заряды.


Для снятия статического потенциала с корпуса автомобиля при его движении по сухой дороге служат специальные ленты с антистатиком, крепящиеся к днищу. Различные их виды широко представлены в продаже.


Если такой защиты на автомобиле нет, то потенциал напряжения можно снимать кратковременным заземлением корпуса через металлический предмет, например, ключ зажигания автомобиля. Особенно важно выполнять эту процедуру перед заправкой топливом.

Когда на одежде из синтетических материлов накапливается статический заряд, то снять его можно обработкой паров из специального баллончика с составом «Антистатика». А вообще лучше меньше пользоваться подобными тканями и носить натуральные материалы из льна или хлопка.

Обувь с прорезиненной подошвой тоже споосбствует накапливанию зарядов. Достаточно положить в нее антистатические стельки из натуральных материалов, как вредное воздействие на организм будет снижено.

Влияние сухого воздуха, характерного для городских квартир в зимнее время, уже обговорено. Специальные увлажнители или даже небольшие куски смоченной материи, положенные на бытарею, улучшают обстановку, снижают процесс образования статического электричества. А вот регулярное выполнение влажной уборки в помещениях позволяет своевременно удалять наэлектризованные частички и пыль. Это один из лучших способов защиты.

Бытовые электрические приборы при работе тоже накапливают на корпусе статические заряды. Снижать их воздействие призвана система уравнивания потенциалов, подключаемая к общему контуру заземления здания. Даже простая акрилловая ванна или старая чугунная конструкция с такой же вставкой подвержена статике и требует защиты подобным способом.

Как выполняется защита от действия статического электричества на производстве

Факторы, снижающие работоспособность электронного оборудования

Разряды, возникающе при изготовлении полупроводниковых материалов, способны причинить большой вред, нарущить электрические характеристики приборов или вообще вывести их из строя.

В условиях производства разряд может носить случайный характер и зависеть от ряда различных факторов:

    величин образовавшейся емкости;

    энергии потенциала;

    электрического сопротивления контактов;

    вида переходных процессов;

    других случайностей.

При этом в начальный момент порядка десяти наносекунд происходит возрастание тока разряда до максимума, а затем он снижается в течение 100÷300 нс.

Характер возникновения статического разряда на полупроводниковый прибор через тело оператора показан на картинке.

На величину тока оказывают влияние: емкость заряда, накопленного человеком, сопротивление его тела и контактных площадок.

При производстве электротехнического оборудования статический разряд может создаться и без участия оператора за счет образования контактов через заземленные поверхности.

В этом случае на ток разряда влияет емкость заряда, накопленная корпусом прибора и сопротивление образовавшихся контактных площадок. При этом на полупроводник в первоначальный момент одновременно влияют наведенный потенциал высокого напряжения и разрядный ток.

За счет такого комплексного воздействия повреждения могут быть:

1. явными, когда работоспособность элементов уменьшена до такой степени, что они становятся непригодными к эксплуатации;

2. скрытыми — за счет снижения выходных параметров, иногда даже укладывающихся в рамки установленных заводских характеристик.

Второй вид неисправностей обнаружить сложно: они сказываются чаще всего потерей работоспособности во время эксплуатации.

Пример подобного повреждения от действия высокого напряжения статики демонстрируют графики отклонения вольт амперных характеристик применительно к диоду КД522Д и интегральной микросхеме БИС КР1005ВИ1.


Коричневая линия под цифрой 1 показывает параметры полупроводниковых приборов до испытаний повышенным напряжением, а кривые с номером 2 и 3 — их снижение под действием увеличенного наведенного потенциала. В случае №3 оно имеет большее воздействие.

Причинами повреждений могут быть действия от:

    завышенного наведенного напряжения, которое пробивает слой диэлектрика полупроводниковых приборов или нарушает структуру кристалла;

    высокой плотности протекающего тока, вызывающей большую температуру, приводящую к расплавлению материалов и прожигу оксидного слоя;

    испытания, электротермотренировки.

Скрытые повреждения могут сказаться на работоспособности не сразу, а через несколько месяцев или даже лет эксплуатации.

Способы выполнения защит от статического электричества на производстве

В зависимости от типа промышленного оборудования используют один из следующих методов сохранения работоспособности или их сочетания:

1. исключение образования электростатических зарядов;

2. блокирование их попадания на рабочее место;

3. повышение стойкости приборов и комплектующих приспособлений к действию разрядов.

Способы №1 и №2 позволяют выполнять защиту большой группы различных приборов в комплексе, а №3 — используется для отдельных устройств.

Высокая эффективность сохранения работоспособности оборудования достигается помещением его внутрь клетки Фарадея — огражденного со всех сторон пространства мелкоячеистой металлической сеткой, подключенной к контуру заземления. Внутри нее не проникают внешние электрические поля, а статическое магнитное — присутствует.

По этому принципу работают кабели с экранированной оболочкой.

Защиты от статики классифицируют по принципам исполнения на:

    физико-механические;

    химические;

    конструкционно-технологические.

Первые два способа позволяют предотвратить или уменьшить процесс образования статических зарядов и увеличить скорость их стекания. Третий прием защищает приборы от воздействия зарядов, но он не влияет на их сток.

Улучшить стекание разрядов можно за счет:

    создания коронирования;

    повышения проводимости материалов, на которых накапливаются заряды.

Решают эти вопросы:

    ионизацией воздуха;

    повышением рабочих поверхностей;

    подбором материалов с лучшей объемной проводимостью.

За счет их реализации создают подготовленные заранее магистрали для стекания статических зарядов на контур заземления, исключения их попадания на рабочие элементы приборов. При этом учитывают, что общее электрическое сопротивление созданного пути не должно превышать 10 Ом.

Если материалы обладают большим сопротивлением, то защиту выполняют другими способами. Иначе на поверхности начинают скапливаться заряды, которые могут разрядиться при контакте с землей.

Пример выполнения комплексной электростатической защиты рабочего места для оператора, занимающегося обслуживанием и наладкой электронных приборов, показан на картинке.


Поверхность стола через соединительный проводник и токопроводящий коврик подключена к контуру заземления с помощью специальных клемм. Оператор работает в специальной одежде, носит обувь с токопроводящей подошвой и сидит на стуле со специальным сидением. Все эти мероприятия позволяют качественно отводить скапливающиеся заряды на землю.

Работающие ионизаторы воздуха регулируют влажность, снижают потенциал статического электричества. При их использовании учитывают, что повышенное содержание паров воды в воздухе отрицательно влияет на здоровье людей. Поэтому ее стараются поддерживать на уровне порядка 40%.

Также эффективным способом может быть регулярное проветривание помещения или использование в нем системы вентиляции, когда воздух проходит через фильтры, ионизируется и смешивается, обеспечивая таким образом нейтрализацию возникающих зарядов.

Для снижения потенциала, накапливаемого телом человеком, могут применяться браслеты, дополняющие комплект антистатической одежды и обуви. Они состоят из токопроводящей полосы, которая крепится на руке с помощью пряжки. Последняя подключена к проводу заземления.

При этом способе ограничивают ток, протекающий через человеческий организм. Его величина не должна превышать один миллиампер. Бо́льшие значения могут причинять боль и создавать электротравмы.

Во время стекания заряда на землю важно обеспечить скорость его ухода за одну секунду. С этой целью применяют покрытия пола с малым электрическим сопротивлением.

При работе с полупроводниковыми платами и электронными блоками защита от повреждения статическим электричеством обеспечивается также:

    принудительным шунтированием выводов электронных плат и блоков во время проверок;

    использованием инструмента и паяльников с заземлёнными рабочими головками.

Емкости с легковоспламеняющимися жидкостями, расположенные на транспорте, заземляются с помощью металлической цепи. Даже фюзеляж самолета снабжается металлическими тросиками, которые при посадке работают защитой от статического электричества.

Что такое статическое электричество? | Живая наука

Статическое электричество может быть неприятным или даже опасным. Энергия, от которой ваши волосы встают дыбом, также может повредить электронику и вызвать взрыв. Однако при правильном контроле и манипулировании он также может стать огромным благом для современной жизни.

«Электрический заряд — фундаментальное свойство материи», — сказал Майкл Ричмонд, профессор физики Рочестерского технологического института. Почти весь электрический заряд во Вселенной переносится протонами и электронами.Говорят, что протоны имеют заряд +1 электронная единица, а электроны имеют заряд -1, хотя эти знаки совершенно произвольны. Поскольку протоны обычно ограничены атомными ядрами, которые, в свою очередь, встроены в атомы, они не так свободны в движении, как электроны. Поэтому, когда мы говорим об электрическом токе, мы почти всегда имеем в виду поток электронов, а когда мы говорим о статическом электричестве, мы обычно имеем в виду дисбаланс между отрицательными и положительными зарядами в объектах.

Причины накопления статического заряда

Одной из распространенных причин накопления статического заряда является контакт между твердыми материалами. По данным Гавайского университета, «когда два объекта трутся друг о друга, создавая статическое электричество, один объект отдает электроны и становится более положительно заряженным, в то время как другой материал собирает электроны и становится более отрицательно заряженным». Это связано с тем, что один материал имеет слабо связанные электроны, а другой имеет много вакансий во внешних электронных оболочках, поэтому электроны могут перемещаться от первого к последнему, создавая дисбаланс заряда после разделения материалов.По данным Северо-Западного университета, материалы, которые могут таким образом терять или приобретать электроны, называются трибоэлектрическими. Одним из распространенных примеров этого может быть шарканье ног по ковру, особенно при низкой влажности, которая делает воздух менее проводящим и усиливает эффект.

Поскольку одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, они имеют тенденцию мигрировать к краям заряженного объекта, чтобы уйти друг от друга. По данным Библиотеки Конгресса, это то, что заставляет ваши волосы вставать дыбом, когда ваше тело берет на себя статический заряд.Когда вы затем прикасаетесь к заземленному металлическому предмету, например к винту на пластине выключателя света, это обеспечивает путь к земле для заряда, накопившегося в вашем теле. Этот внезапный разряд создает видимую и слышимую искру в воздухе между вашим пальцем и винтом. Это связано с высокой разницей потенциалов между вашим телом и землей, которая может достигать 25 000 вольт.

Опасность накопления статического заряда

По данным Управления по безопасности и гигиене труда (OSHA), эти внезапные разряды высокого напряжения могут стать источником воспламенения легковоспламеняющихся веществ.Статический разряд также может повредить хрупкую электронику. По данным НАСА, простая искра от пальца может повредить чувствительные компоненты и сделать их непригодными для использования, поэтому необходимо принимать меры предосторожности, такие как хранение печатных плат в проводящих пластиковых пакетах и ​​ношение заземляющих браслетов для постоянного рассеивания статического заряда с вашего тела.

Другим источником статического заряда является движение жидкости по трубе или шлангу. Если эта жидкость легко воспламеняется, например бензин, искра от внезапного разряда может привести к возгоранию или взрыву.Люди, работающие с жидким топливом, должны проявлять большую осторожность, чтобы избежать накопления заряда и внезапного разряда. В интервью Дэниел Марш, профессор физики Южного государственного университета штата Миссури, предупредил, что, заправляя машину бензином, вы всегда должны прикасаться к металлической части машины после выхода из нее, чтобы рассеять любой заряд, который мог образоваться при скольжении по дороге. сиденье. Кроме того, при покупке бензина для газонокосилки всегда следует вынимать баллон из машины и ставить его на землю во время заправки.Это постоянно рассеивает статический заряд и предотвращает его накопление в достаточной степени для возникновения искры.

Большие резервуарные парки представляют еще большую опасность пожара и взрыва, поэтому Национальный совет по транспорту и безопасности (NTSB) выпустил руководящие принципы, которые включают минимизацию образования статического электричества, предотвращение накопления заряда, предотвращение искрового разряда и контроль окружающей среды внутри резервуара.

Движущиеся газы и пары также могут создавать статический заряд. Самый известный пример — молния.По словам Мартина А. Умана, автора книги «Все о молнии» (Dover, 1987), Бенджамин Франклин доказал, что молния является формой статического электричества, когда он и его сын запустили воздушного змея во время грозы. Они прикрепили ключ к веревке воздушного змея, и мокрая веревка передала заряд от облака к ключу, который испускал искры, когда он дотрагивался до него. (Вопреки некоторым версиям легенды, воздушный змей не был поражен молнией. Если бы это было так, последствия могли быть катастрофическими.)

Франклин на самом деле сформировал наше представление об электричестве.Он заинтересовался изучением электричества в 1742 году. До этого большинство людей думали, что электрические эффекты возникают в результате смешивания двух различных электрических жидкостей. Однако Франклин пришел к убеждению, что электрическая жидкость существует только одна и что у объектов может быть избыток или недостаток этой жидкости. По данным Университета Аризоны, он изобрел термины «положительный» и «отрицательный», обозначающие избыток или недостаток. Сегодня мы знаем, что «жидкость» на самом деле была электронами, но они не были обнаружены около 150 лет.

По данным Лаборатории реактивного движения, в облаках образуются зоны статического заряда из-за того, что капли теплой воды в восходящих потоках обмениваются электронами с кристаллами холодного льда в нисходящих потоках. По данным НАСА, потенциал между этими атмосферными зарядами и землей может превышать 300 000 вольт, поэтому последствия удара молнии могут быть смертельными. При ударе молнии ток имеет тенденцию перемещаться по поверхности тела в процессе, называемом «внешнее перекрытие», который может вызвать серьезные ожоги, особенно в начальной точке контакта.По данным Национальной метеорологической службы, часть тока может проходить через тело и повреждать нервную систему. Кроме того, сотрясение мозга от взрыва может вызвать травматические повреждения внутренних органов и необратимую потерю слуха, а яркая вспышка может привести к временному или необратимому повреждению зрения. В качестве примера огромной энергии, высвобождаемой при ударе молнии, Марш рассказал Live Science о своем личном наблюдении за большим дубом, который буквально раскололся пополам паром под высоким давлением, созданным ударом молнии.

Если вы слышите гром, как правило, вы уже находитесь в пределах досягаемости, по данным Университета Флориды. Если вы находитесь на улице в момент приближения грозы, вам следует немедленно укрыться в здании или транспортном средстве и не прикасаться к металлу. Если вы не можете попасть внутрь, отойдите от высоких объектов, таких как деревья, башни или вершины холмов, присядьте и, если возможно, балансируйте на подушечках стоп, стараясь как можно меньше соприкасаться с землей, согласно Университету Бригама Янга.

Применение статического электричества

В то время как статическое электричество может быть неприятностью или даже опасностью, как в случае прилипания или удара статическим электричеством, в других случаях оно может быть весьма полезным. Например, статические заряды могут быть вызваны электрическим током. Одним из примеров этого является конденсатор, названный так потому, что он обладает способностью накапливать электрический заряд, аналогично тому, как пружина накапливает механическую энергию. Напряжение, подаваемое на конденсатор, создает разность зарядов между пластинами.Если конденсатор заряжен и напряжение выключено, он может некоторое время сохранять заряд. Это может быть полезно, как в случае с суперконденсаторами, которые могут заменить перезаряжаемые батареи в некоторых приложениях, но также может быть опасно. Электронное оборудование, такое как старые компьютерные мониторы с ЭЛТ и телевизоры, содержит большие конденсаторы, которые могут сохранять заряд до 25 000 вольт, что может привести к травмам или смерти даже после того, как устройство было выключено в течение нескольких дней.

Другой способ создания полезного статического заряда — механическое напряжение.В пьезоэлектрических материалах электроны могут быть буквально выдавлены с места и вынуждены двигаться из области, находящейся под напряжением. Затем напряжение из-за возникающего дисбаланса заряда можно использовать для выполнения работы. Одним из приложений является сбор энергии, при котором маломощные устройства могут работать на энергии, производимой вибрациями окружающей среды.

Другое применение для хрустальных микрофонов. Звуковые волны в воздухе могут отклонять диафрагму, соединенную с пьезоэлектрическим элементом, который преобразует звуковые волны в электрический сигнал.В обратной операции электрический сигнал может заставить пьезоэлектрический преобразователь в громкоговорителе двигаться, таким образом воспроизводя звук.

Интенсивный свет также может воздействовать на локальные статические заряды. На этом принципе основаны копировальные аппараты и лазерные принтеры. В копировальных аппаратах свет может исходить от проецируемого изображения листа бумаги; в лазерных принтерах изображение наносится на барабан с помощью сканирующего лазерного луча. Весь барабан сначала заряжается проводом коронального разряда, который испускает свободные электроны через воздух, используя тот же принцип, что и St.Эльмо ​​огонь. Затем электроны из проволоки притягиваются к положительно заряженному барабану. Затем изображение проецируется на фотопроводящий барабан, и заряд рассеивается в освещенных областях, в то время как темные области изображения остаются заряженными. Затем заряженные участки на барабане могут притягивать противоположно заряженные частицы тонера, которые затем накатываются на бумагу, которая опирается на положительно заряженный валик и сплавляется на месте с помощью электрического нагревательного элемента.

Марш отметил, что электростанции, работающие на угле, используют электростатические фильтры для сбора твердых частиц из дымовых труб, чтобы их можно было утилизировать как твердые отходы, а не выбрасывать в воздух.В другом заявлении он описал, как статический заряд применяется к гербицидам, которые распыляются на сорняки в виде тонкого тумана. Заряженные капли притягиваются и равномерно распределяются по листьям нежелательных растений, а не падают на землю и не тратятся впустую. Тот же принцип используется для электростатической окраски распылением, поэтому больше краски попадает на цель и меньше в воздухе, на стенах и полу покрасочной.

Дополнительные ресурсы

Static Charge — обзор

17.8 Статический контроль в текстильных волокнах

Статический контроль во время обработки материалов часто является основным фактором для широкого спектра продуктов. Даже в тех приложениях, которые управляются статическим зарядом (флокированные волокна, электростатическая окраска, ксерография и т. д.), желательно, чтобы контролируемый знак и уровень заряда обеспечивали контролируемый процесс. В этих приложениях, а также в тех приложениях, где статический заряд должен быть сведен к минимуму, обработка поверхности обычно используется для управления и контроля как знака, так и уровня заряда, который генерируется во время процесса.

На ранних этапах обработки текстиля, когда волокна были в основном натуральными и гидрофильными, а обработка выполнялась на относительно низкой скорости, генерируемый статический заряд обычно был незначительной проблемой. По мере того, как обработка волокна и текстиля перемещалась на фабрики, а скорость увеличивалась, начали возникать проблемы со статическим зарядом, и они часто были сезонными, увеличиваясь в сухой зимний сезон, когда внутренняя влажность была низкой. В этих случаях решение проблемы статики заключалось либо в увлажнении окружающей среды, чтобы обеспечить антистатические свойства за счет поддержания определенного уровня влажности на поверхности волокна, либо в нанесении на волокно раствора гигроскопичной соли слабой кислоты (такой как как ацетат натрия), которые помогали удерживать влагу на поверхности волокна и обеспечивали уровень проводимости, способствующий рассеянию статического электричества по мере его возникновения.

В 1950-х годах, когда синтетические волокна стали выпускаться в больших объемах, а скорость обработки, связанная с производством волокон и тканей, продолжала расти, спрос на материалы и отделочные химикаты, которые могли бы уменьшить и/или контролировать образование статического заряда, неуклонно возрастал. К 1970-м годам статический контроль при обработке волокон и тканей быстро стал хорошо развитой технологией. В 1990-х и начале 2000-х исследования в этой области продолжались, но в основном они были сосредоточены на совершенствовании и оптимизации различных классов антистатических материалов и покрытий, разработанных в 1950-х и 1960-х годах.

В 1960-х годах были предприняты попытки контролировать статический заряд во время использования продукта. В частности, это было проблемой, связанной с увеличением использования нейлона в тканях и коврах, а также белковых волокон шерсти и шелка. Именно в это время возник интерес к долговечным антистатическим покрытиям и начались работы по разработке.

17.8.1 Теория статического заряда в волокнах

Генерация статического заряда, по-видимому, происходит по двум различным механизмам:

1.

Контактный заряд, возникающий при контакте двух «разных» поверхностей

2.

Трибозаряд, возникающий при движении двух контактирующих поверхностей друг относительно друга.

Связь между этими двумя процессами никогда не была четко определена. При контактной зарядке заряд генерируется простым поверхностным контактом, а трибозарядка возникает в результате комбинации контакта и относительного движения поверхностей.Некоторые считают, что на самом деле существует только контактная зарядка, а трибозарядка — это просто агрессивная форма контактной зарядки. Однако изучение волокон и текстиля в различных формах и текстильных процессах показало, что наблюдаемый уровень заряда значительно увеличивается со скоростью, и нет очевидного объяснения этого явления в контексте контактного заряда. Кроме того, другие исследования, связанные с генерацией и диссипацией, убедительно свидетельствуют о том, что на трибозаряженной поверхности существуют различные типы заряда.

Как правило, специалисты по оптоволокну не интересуются природой процесса зарядки, а скорее сосредотачиваются на стратегиях контроля и снижения уровня генерируемого статического заряда, а также на облегчении рассеивания заряда, возникающего при высокоскоростной обработке. Их цель состоит в том, чтобы поддерживать поверхностный заряд в диапазоне, при котором он не оказывает существенного влияния на процесс/продукт и не создает проблем с безопасностью для тех, кто работает в этом районе. Ранние используемые методы включали повышение влажности в производственной среде.Более поздние технологии включали подходы к нейтрализации заряда, такие как «статические стержни» и гамма-излучение, но наиболее распространенный подход заключается в добавлении материалов и химикатов в отделочные покрытия, которые помогают контролировать уровень статического заряда, который накапливается во время обработки. Такие продукты обычно называют «антистатическими отделочными средствами» или «антистатическими отделочными материалами».

17.8.2 Природа антистатических отделочных средств

Процесс контроля статического заряда на любой непроводящей поверхности включает два четко различающихся процесса:

1.

Контроль степени накопления статического электричества при контакте материала с разными поверхностями

2.

Контроль поверхностной проводимости, чтобы генерируемый заряд мог быстро отводиться на землю.

Материалы, которые обычно называют «антистатическими отделочными агентами», представляют собой добавки, которые включаются в отделочные покрытия для улучшения поверхностной проводимости волокна или ткани и функционируют, главным образом, за счет обеспечения эффективного пути для передачи статического заряда на землю .Такие материалы являются антистатическими в том смысле, что они обеспечивают механизм снижения за счет рассеивания проводимости уровня заряда, который накапливается на поверхности волокна во время определенного процесса или серии процессов. Правильнее было бы называть такие материалы «агентами рассеивания заряда».

Контроль образования статического электричества в технологическом процессе должен быть приемлемым подходом, поскольку, если статический заряд не создается или образуется мало, требования к поверхностной проводимости должны быть минимальными.Материалы, которые контролируют статический заряд за счет сведения к минимуму процесса его образования, можно с полным основанием назвать «антистатиками». Сложность заключается в том, что статическая часть процесса генерации все еще плохо изучена и в большинстве случаев не может быть надежно определена путем прямого тестирования в процессе разработки. Хотя такие подходы были косвенно включены в искусство управления статическим зарядом, они часто не признаются и просто становятся частью общего репертуара прагматичных технологий для «управления статическим зарядом».

Нет никаких сомнений в том, что материалы, нанесенные на поверхность волокон, могут оказывать существенное влияние на их способность генерировать заряд во время обработки. В одном случае крупный производитель волокна попытался изменить антиоксидант в отделке промышленного нейлонового волокна (1% антиоксиданта в отделке, которая была нанесена на волокно в количестве 1%). Они определили новый антиоксидант, который был очень эффективным, но также обнаружили, что новая отделка создает настолько большой статический заряд, что от замены отделки отказались.Такие явления недостаточно изучены, но они указывают на процесс генерации статического электричества, который сильно зависит от поверхности и, таким образом, потенциально очень чувствителен к присутствию небольшого количества материалов, модифицирующих поверхность полимера.

Как отмечалось выше, когда речь идет о разработке функциональных материалов для контроля накопления статического заряда во время высокоскоростной обработки волокна, основным используемым показателем является поверхностная проводимость обрабатываемого волокна. Преимущество этой метрики в том, что ее легко измерить, и она обеспечивает «защиту» в том смысле, что обеспечивает путь для рассеяния заряда, генерируемого в процессе.Разработчики составов обычно придерживаются подхода, согласно которому способ контроля статического электричества в процессе заключается в достижении целевого уровня поверхностной проводимости волокна, а затем, если испытания показывают, что накопление статического электричества все еще остается проблемой, общей стратегией является добавление в отделку материалов, которые еще больше повышают поверхностную проводимость. Уменьшение накопления статического заряда за счет управления процессом генерации никогда не считалось жизнеспособным подходом, поскольку его трудно определить количественно, и считается, что он зависит от переменных процесса и поверхности, над которыми разработчик рецептуры покрытия имеет небольшой контроль.Несмотря на то, что метод управления статической генерацией может косвенно использоваться в процессе разработки рецептуры, он никогда не считался основным подходом к решению проблемы.

17.8.3 Создание поверхностной проводимости

Нанесение технологической обработки (или прядения) на волокна в процессе экструзии является обязательным для контроля трения, обеспечения сцепления пучков, уменьшения абразивного повреждения и решения проблем, связанных со статическим зарядом во время процесса экструзии. последующие процессы, такие как вытяжка, текстурирование и скручивание нитей, прядение штапельного волокна (чесание, вытяжка и т.), ткачество и подготовка к ткачеству, а также процессы вязания. Обрабатывающая отделка применяется ко всему диапазону синтетических и натуральных волокон и часто дополняется вторичной отделкой по мере того, как волокно проходит несколько этапов обработки, необходимых для получения конечного продукта на основе волокна.

Как отмечалось ранее, стандартом, используемым для защиты от статического электричества, является поверхностная проводимость. Процесс создания значительной поверхностной проводимости в непроводящих полимерных системах требует применения жидкого продукта (покрытия), который содержит в качестве одного из компонентов один или несколько ионов, обеспечивающих проводимость за счет подвижности ионов в жидком поверхностном слое.Такие составы обычно содержат неионогенные поверхностно-активные вещества в сочетании с ионогенными компонентами, и эти гидрофильные материалы образуют гигроскопичную структурированную жидкость, которая повышает подвижность ионов, удерживая воду в поверхностном слое жидкости. Способность нанесенного продукта отводить образующийся статический заряд обычно измеряется путем измерения сопротивления фиксированного образца волокна или ткани, на которую была нанесена отделка. Хотя такие измерения, как правило, количественно определяются в соответствии со стандартами для устранения различий, основанных на тестовой конфигурации и типе волокна/ткани, существуют общие рекомендации, которые связывают сопротивление образца с сопротивлением, необходимым для обеспечения эффективного рассеяния статического заряда в разумные сроки:

10

5 16 Ом — без эффективного статического рассеяния на короткие сроки

10 14 Ом — мало эффективного статического рассеяния на короткие сроки

12 Ом — скромные статические рассеивания на короткие сроки

10

10 10 Ом — Эффективное статическое рассеивание на короткие сроки

10 8 Ом — высокоэффективное статическое рассеивание короткий срок.

Таким образом, контроль статического электричества определяется способностью материалов для местного применения рассеивать генерируемый статический заряд. Существуют методы исследования процесса генерирования статического электричества, такие как измерения поля заряда во время испытаний на трение волокна о металл, но фактический процесс генерирования сильно зависит от характера и относительной скорости поверхностей, контактирующих с поверхностью волокна или ткани, поэтому тесты которые точно имитируют процесс динамической генерации, трудно структурировать, если не доступна пилотная линия процесса.Обычный подход заключается в разработке отделки, которая обеспечивает уровень проводимости поверхности волокна, чтобы удовлетворить предполагаемые требования конкретного выполняемого процесса на основе волокна. Эффективность отделки в фактическом контроле генерируемого в процессе заряда затем отслеживается во время технологических испытаний. Если во время процесса наблюдается чрезмерное статическое электричество, продукты меняют состав для повышения проводимости (улучшенные антистатические агенты или увлажнители для удержания дополнительной воды на поверхности волокна), для снижения уровня трения (считается, что это связано с образованием статического электричества) или для изменения состава. производственная среда (т.е. за счет улучшенного контроля влажности). Только в высокоуровневой работе по составлению состава покрытия изучается процесс образования и рассматривается потенциальное влияние конкретных компонентов покрытия на процессы динамического статического заряда.

Статическое электричество | Основные понятия электричества

Столетия назад было обнаружено, что некоторые типы материалов таинственным образом притягиваются друг к другу после трения друг о друга. Например, если потереть кусок шелка о кусок стекла, шелк и стекло будут иметь тенденцию слипаться.Действительно, существовала сила притяжения, которую можно было продемонстрировать даже при разделении двух материалов:

Известно, что

стекло и шелк — не единственные материалы, которые ведут себя подобным образом. Любой, кто когда-либо касался латексного воздушного шара только для того, чтобы обнаружить, что он пытается прилипнуть к ним, испытал то же самое явление. Парафиновый воск и шерстяная ткань — еще одна пара материалов, которые первые экспериментаторы признали проявляющими силу притяжения после трения друг о друга:

Это явление стало еще более интересным, когда было обнаружено, что одинаковые материалы, протертые соответствующими тканями, всегда отталкиваются друг от друга:

Было также замечено, что когда кусок стекла, натертый шелком, воздействует на кусок воска, натертый шерстью, два материала притягиваются друг к другу:

Кроме того, было обнаружено, что любой материал, демонстрирующий свойства притяжения или отталкивания после трения, может быть отнесен к одной из двух различных категорий: притягивается к стеклу и отталкивается воском или отталкивается стеклом и притягивается воском.Было либо одно, либо другое: не было найдено материалов, которые бы притягивались или отталкивались и стеклом, и воском, или которые реагировали бы на одно, не реагируя на другое.

Больше внимания было уделено кускам ткани, которые использовались для протирки. Было обнаружено, что после натирания двух кусков стекла двумя кусками шелковой ткани не только кусочки стекла отталкивались друг от друга, но и ткани. То же самое произошло и с кусочками шерсти, которыми натирали воск:

.

Было действительно странно наблюдать за этим.В конце концов, ни один из этих объектов не был заметно изменен при трении, но они определенно вели себя иначе, чем до того, как их потерли. Какие бы изменения ни происходили, чтобы эти материалы притягивались или отталкивались друг от друга, они были невидимы.

Некоторые экспериментаторы предположили, что невидимые «жидкости» переносятся с одного объекта на другой в процессе трения и что эти «жидкости» способны оказывать физическое воздействие на расстоянии. Шарль Дюфе был одним из первых экспериментаторов, который продемонстрировал, что существуют два разных типа изменений, вызываемых трением определенных пар объектов друг о друга.Тот факт, что в этих материалах проявлялось более одного типа изменения, был очевиден из того факта, что было создано два типа сил: притяжения и отталкивания . Гипотетическая передача жидкости стала известна как заряд .

Один исследователь-первопроходец, Бенджамин Франклин, пришел к выводу, что между натертыми предметами происходит обмен только одной жидкостью и что два разных «заряда» представляют собой не что иное, как избыток или недостаток этой одной жидкости.После экспериментов с воском и шерстью Франклин предположил, что грубая шерсть удаляет часть этой невидимой жидкости из гладкого воска, вызывая избыток жидкости на шерсти и недостаток жидкости на воске. Возникающее в результате несоответствие содержания жидкости между шерстью и воском могло вызвать силу притяжения, поскольку жидкость пыталась восстановить свой прежний баланс между двумя материалами.

Постулирование существования единой «жидкости», которая либо накапливалась, либо терялась при трении, лучше всего объясняло наблюдаемое поведение: все эти материалы аккуратно попадали в одну из двух категорий при трении, и, что наиболее важно, два активных материала трулись друг о друга. друг друга всегда попадали в противоположные категории , о чем свидетельствует их неизменное влечение друг к другу.Другими словами, никогда не было случая, чтобы два материала трулись друг о друга и оба становились либо положительными, либо отрицательными.

Следуя предположению Франклина о том, что шерсть стирает что-то с воска, тип заряда, связанный с натертым воском, стал известен как «отрицательный» (поскольку предполагалось, что он имеет дефицит жидкости), в то время как тип заряда, связанный с растирание ватой стало называться «положительным» (потому что в нем должен был быть избыток жидкости).Он и не подозревал, что его невинная догадка в будущем вызовет путаницу у изучающих электричество!

Точные измерения электрического заряда были выполнены французским физиком Шарлем Кулоном в 1780-х годах с помощью устройства под названием крутильные весы , измеряющего силу, возникающую между двумя электрически заряженными объектами. Результаты работы Кулона привели к разработке единицы электрического заряда, названной в его честь, кулон .Если бы два «точечных» объекта (гипотетические объекты, не имеющие заметной площади поверхности) были одинаково заряжены до величины 1 кулон и помещены на расстоянии 1 метр (примерно 1 ярд) друг от друга, они создали бы силу около 9 миллиардов ньютонов (приблизительно 2 миллиарда фунтов), либо притягивая, либо отталкивая в зависимости от типа задействованных зарядов. Было обнаружено, что рабочее определение кулона как единицы электрического заряда (с точки зрения силы, создаваемой между точечными зарядами) равно избытку или недостатку около 6 250 000 000 000 000 000 электронов.Или, говоря в обратном порядке, один электрон имеет заряд около 0,000000000000000000016 кулонов. Поскольку один электрон является наименьшим известным носителем электрического заряда, эта последняя цифра заряда электрона определяется как элементарный заряд .

Много позже было обнаружено, что эта «жидкость» на самом деле состояла из очень маленьких частиц материи, называемых электронами , названными так в честь древнегреческого слова, обозначающего янтарь: еще один материал, проявляющий заряженные свойства при растирании тканью.

Состав атома

Эксперименты с тех пор показали, что все объекты состоят из очень маленьких «строительных блоков», известных как атом , и что эти атомы, в свою очередь, состоят из более мелких компонентов, известных как частицы . Три фундаментальные частицы, составляющие большинство атомов, называются протонами , нейтронами и электронами . Хотя большинство атомов имеют комбинацию протонов, нейтронов и электронов, не все атомы имеют нейтроны; примером является изотоп протия (1h2) водорода (водород-1), который является самой легкой и наиболее распространенной формой водорода, который имеет только один протон и один электрон.Атомы слишком малы, чтобы их можно было увидеть, но если бы мы могли посмотреть на один из них, он мог бы выглядеть примерно так:

.

Несмотря на то, что каждый атом в куске материала имеет тенденцию держаться вместе как единое целое, на самом деле между электронами и кластером протонов и нейтронов, находящимся посередине, есть много пустого пространства.

Эта грубая модель представляет собой модель элемента углерода с шестью протонами, шестью нейтронами и шестью электронами. В любом атоме протоны и нейтроны очень тесно связаны друг с другом, что является важным качеством.Плотно связанный сгусток протонов и нейтронов в центре атома называется ядром , а число протонов в ядре атома определяет его элементарную принадлежность: измените число протонов в ядре атома, и вы измените тип атома, которым он является. На самом деле, если бы вы могли удалить три протона из ядра атома свинца, вы осуществили бы мечту старых алхимиков о создании атома золота! Прочная связь протонов в ядре является причиной стабильной идентичности химических элементов и неудачи алхимиков в достижении их мечты.

Нейтроны гораздо меньше влияют на химический характер и идентичность атома, чем протоны, хотя их так же трудно добавить или удалить из ядра, так как они очень прочно связаны. Если к ней добавляются или присоединяются нейтроны, атом по-прежнему сохраняет ту же химическую идентичность, но его масса слегка изменяется, и он может приобрести странные ядерные свойства, такие как радиоактивность.

Однако у электронов гораздо больше свободы передвижения в атоме, чем у протонов или нейтронов.На самом деле, их можно выбить из соответствующих положений (даже полностью покинуть атом!) за счет гораздо меньшей энергии, чем требуется для смещения частиц в ядре. Если это происходит, атом все еще сохраняет свою химическую идентичность, но возникает важный дисбаланс. Электроны и протоны уникальны тем, что притягиваются друг к другу на расстоянии. Именно это притяжение на расстоянии вызывает притяжение между натертыми объектами, когда электроны удаляются от своих первоначальных атомов и располагаются вокруг атомов другого объекта.

Электроны имеют тенденцию отталкивать другие электроны на расстоянии, как и протоны от других протонов. Единственная причина, по которой протоны связываются вместе в ядре атома, связана с гораздо более сильным взаимодействием, называемым сильным ядерным взаимодействием , которое действует только на очень коротких расстояниях. Из-за такого поведения притяжения/отталкивания между отдельными частицами говорят, что электроны и протоны имеют противоположные электрические заряды. То есть каждый электрон имеет отрицательный заряд, а каждый протон положительный заряд.В равном количестве внутри атома они противодействуют присутствию друг друга, так что суммарный заряд внутри атома равен нулю. Вот почему на изображении атома углерода шесть электронов: чтобы сбалансировать электрический заряд шести протонов в ядре. Если электроны уходят или прибывают дополнительные электроны, суммарный электрический заряд атома будет разбалансирован, оставляя атом «заряженным» в целом, заставляя его взаимодействовать с заряженными частицами и другими заряженными атомами поблизости. Нейтроны не притягиваются и не отталкиваются электронами, протонами или даже другими нейтронами и, следовательно, классифицируются как не имеющие никакого заряда.

Процесс прихода и ухода электронов — это именно то, что происходит, когда определенные комбинации материалов трутся друг о друга: электроны от атомов одного материала вынуждаются трением покидать свои соответствующие атомы и переходить к атомам другого материала. Другими словами, электроны составляют «жидкость», выдвинутую Бенджамином Франклином.

Что такое статическое электричество?

Результат дисбаланса этой «жидкости» (электронов) между объектами называется статическим электричеством .Он называется «статическим», потому что смещенные электроны имеют тенденцию оставаться неподвижными после перемещения из одного изолирующего материала в другой. В случае с воском и шерстью путем дальнейших экспериментов было установлено, что электроны в шерсти фактически передаются атомам в воске, что прямо противоположно гипотезе Франклина! В честь определения Франклином заряда воска как «отрицательного», а заряда шерсти как «положительного», говорят, что электроны оказывают «отрицательное» зарядное влияние.Таким образом, объект, атомы которого получили избыток электронов, считается на 90 181 отрицательно заряженным на 90 182, а объект, атомы которого лишены электронов, считается на 90 181 положительно заряженным на 90 182, какими бы запутанными ни казались эти обозначения. К тому времени, когда была открыта истинная природа электрической «жидкости», номенклатура электрического заряда Франклина была слишком устоявшейся, чтобы ее можно было легко изменить, и таковой она остается и по сей день.

Майкл Фарадей доказал (1832 г.), что статическое электричество такое же, как и у батареи или генератора.Статическое электричество, по большей части, неприятно. Черный порох и бездымный порох содержат графит для предотвращения возгорания из-за статического электричества. Это вызывает повреждение чувствительных полупроводниковых схем. Хотя можно производить двигатели, питаемые от высокого напряжения и маломощных характеристик статического электричества, это неэкономично. Несколько практических применений статического электричества включают ксерографическую печать, электростатический воздушный фильтр и высоковольтный генератор Ван де Граафа.

ОБЗОР:

  • Все материалы состоят из крошечных «строительных блоков», известных как атом .
  • Все встречающиеся в природе атомы содержат частицы, называемые электронами , протонами и нейтронами , за исключением изотопа протия ( 1 H 1 ) водорода.
  • Электроны имеют отрицательный (-) электрический заряд.
  • Протоны имеют положительный (+) электрический заряд.
  • Нейтроны не имеют электрического заряда.
  • Электроны могут быть вытеснены из атомов намного легче, чем протоны или нейтроны.
  • Количество протонов в ядре атома определяет его уникальность как элемента.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Что такое статическое электричество и чем оно вызвано? — Объясните это.

Что такое статическое электричество и чем оно вызвано? — Объясните это. Реклама

Зап! Когда молния падает на землю, мы получаем внезапную, очень яркую демонстрацию силы статики электричество (электрическая энергия, собравшаяся в одном месте). Большинство из нас знают, что статическое электричество накапливается, когда мы трём вещи друг о друга, хотя это не очень удовлетворительное объяснение. О чем это трение вещей, которое производит электрическое явление? Несмотря на то что молния — яркий пример статического электричества, а не что-то, что мы можем использовать.Но есть много других мест, где статическое электричество невероятно полезно; с лазерных принтеров и копировальные аппараты на электростанции, защищающие от загрязнения, статическое электричество может быть очень фантастический. Итак, давайте подробнее рассмотрим, что это такое и как это работает!

Фото: Удар молнии — это огромный выброс статического электричества, при котором накопленная электрическая потенциальная энергия выбрасывается с неба на землю в виде внезапного импровизированного электрического тока. Если вы хотите сфотографировать молнию, настройте камеру на несколько непрерывных снимков и будьте готовы к очень долгому ожиданию: мне потребовалось два часа и сотни тщетных попыток, чтобы запечатлеть этот единственный кадр.

Что такое статическое электричество?

Фото: Классическая статика. Когда вы трете воздушный шар о свитер, вы создаете статическое электричество, которое заставляет его прилипать. Трение перемещает электроны с вашего пуловера (который становится положительно заряженным) на латексную резину в воздушном шаре (которая становится отрицательно заряженной). Противоположные заряды заставляют две вещи склеиваться.

Мы воспринимаем электричество как должное: его легко забудьте, что дома, офисы и фабрики были запитаны в этом чистым и удобным способом только с конца 19 века, что в в более широком смысле человеческой истории, это вообще не время.Это было во время 19 века, такие пионеры, как Алессандро Вольта, Майкл Фарадей, Джозеф Генри и Томас Эдисон разгадали секреты электричество, как его производить и как заставить его делать полезные вещи. До этого электричество было в основном диковинкой: оно было очень интересно ученым для изучения и игры, но не было многое другое они могли бы сделать с ним. В те времена люди готовили и топили в своих домах использовали дровяные или угольные печи и освещали свои комнаты свечами или маслом. лампы; не было таких вещей, как радио или телевизоры, тем более мобильные телефоны или компьютеры.

«Современное электричество», которое питает все, от телефона в вашем кармане до метро, ​​которое вы ездить в школу или на работу — это то, что мы называем текущим электричеством (или электрический ток). Это энергия, которая проходит по металлическому проводу от место, где это производится (что-нибудь от гигантской электростанции к крошечной батарее) к тому, что она питает (часто электродвигатель, нагревательный элемент или лампа). Текущее электричество всегда в движении, перенос энергии из одного места в другое.

Фото: Еще одна классическая демонстрация статики: потрите пластиковой расческой о свитер, и вы обнаружите, что можете собирать крошечные кусочки бумаги.Это немного похоже на собирание скрепок магнитом. Но там, где магнит может поднять одну скрепку, а намагниченная скрепка подцепит другие по цепочке, линейка, заряженная статическим электричеством, не сделает того же. Как вы думаете, почему?

Фото: Бенджамин Франклин, отец-основатель и пионер электротехники. Фото любезно предоставлено американским проектом Кэрол М. Хайсмит в архиве Кэрол М. Хайсмит, Отдел эстампов и фотографий Библиотеки Конгресса США.

До XIX века единственным видом электричества, о котором люди действительно знали или пытались использовать, было статическое электричество. электричество.Древние греки понимали, что вещи можно давать статический электрический «заряд» (накопление статического электричества) просто путем тереть их, но они понятия не имели, что та же самая энергия может быть использована для создания световых или силовых машин. Один из тех, кто помогал создавать связь между статическим и текущим электричеством была американской государственный деятель, издатель и ученый Бенджамин Франклин. В 1752 году, когда Франклин пытался разгадать тайны электричества, и это ему удалось. запуская воздушного змея в грозу, чтобы поймать себя на электрическом энергии (чрезвычайно опасное занятие).Ударила молния спустить воздушного змея на землю, и, если бы Франклин не был изолирован, он вполне мог бы погибнуть. Франклин понял, что статическое электричество, накапливающееся в небе, стал текущим электричеством, когда удар молнии перенес его в поверхность Земли. Именно благодаря таким исследованиям он разработал одно из своих самых известных изобретений, молнию стержень (громоотвод). Работа Франклина проложила путь к электрическая революция 19 века и Мир действительно изменился, когда такие люди, как Вольта и Фарадей, опираясь на открытия Франклина, научились производить электричество по желанию и заставить его делать полезные вещи.

Потенциальная и кинетическая энергия

Вкратце, мимоходом, стоит отметить, что есть другой способ думать о статическом и электрическом электричестве и соотносить их с вещами, которые мы уже знают об энергии. Мы можем думать о статическом электричестве как о своего рода потенциальной энергии: это запасенная энергия, готовая и ожидающая, чтобы сделать что-то полезное для нас. Точно так же ток электричества (грубо говоря) аналогично кинетической энергии: энергия в движении, хотя и электрического типа.Точно так же, как вы можете превратить потенциальную энергию в кинетическую (например, позволив смельчаку скатиться с холма), вы можете превратить статическое электричество в текущее электричество (вот что делает молния) и обратно (вот как Ван де Генератор Граафа работает).

Рекламные ссылки

Что вызывает статическое электричество?

Еще несколько лет назад ученые были уверены, что понимают статическое электричество и то, как оно работает. Объяснение было таким…

Как и древние греки, мы склонны думать статическое электричество возникает из-за трения вещей. Итак, если вы живете в доме с нейлоновыми коврами и металлическими дверными ручками вы скоро научитесь что ваше тело накапливает статический заряд, когда вы идете по пол, который может разряжаться, когда вы касаетесь дверной ручки, давая вам малюсенький удар током. В большинстве школьных экспериментов мы также узнаем о статического электричества при трении вещей. Вы, вероятно, пробовали этот трюк, когда вы потереть воздушный шар об одежду, чтобы она приклеилась? Вы можете заключить от того, что статическое электричество как-то связано с трение — это сам акт трения чего-либо энергично, что производит накопление электрической энергии (в том же способ, которым трение может производить тепло и даже огонь).

Трибоэлектрический эффект

Важно не трение, а факт что мы приводим в контакт два разных материала. Энергично потирая две вещи друг о друга, они просто слипаются. контактировать снова и снова — и именно это создает статическое электричество через явление, известное как трибоэлектричество (или трибоэлектрический эффект). Все материалы состоят из атомов, которые имеют положительное центральное ядро (ядро), окруженное неким нечетким «облаком» электроны, которые являются действительно захватывающими битами.Теперь некоторые атомы имеют более сильное притяжение к электронам, чем другие; большая часть химии проистекает из этого факта. Если мы положим два различных материалов в контакте, и один притягивает электроны больше, чем во-вторых, электроны могут быть вытянуты из одного из материалы к другому. Когда мы разделяем материалы, электроны эффективно перейти к материалу, который привлекает их больше всего сильно. В результате один из материалов получил дополнительную электронов (и становится отрицательно заряженным), в то время как другой материал потерял несколько электронов (и стал положительно заряженным).Вуаля, у нас есть статическое электричество! Когда мы снова потираем вещи вместе и опять же, мы увеличиваем шансы на то, что в этом примет участие большее количество атомов. происходит обмен электронами, и поэтому накапливается статический заряд.

Фото: Как трибоэлектрический эффект объясняет статическое электричество: 1. Эбонит (твердая вулканизированная резина, показанная здесь черным стержнем) и шерсть (показана серым цветом) обычно не имеют электрического заряда. 2) Соедините их и эбонит притянет электроны от шерсти. 3) Разделить их и электроны остаются на эбоните, делая его отрицательно заряженным и оставляя шерсть с недостатком электронов (или с положительным зарядом).Растирание двух веществ друг о друга увеличивает контакт между ними и повышает вероятность того, что электроны будут мигрировать из шерсти в эбонит. Отрицательный заряд эбонита точно такой же величины, как и положительный заряд шерсти; другими словами, чистый заряд не создается.

Трибоэлектрическая серия

Если вы экспериментируете с различными материалами, вы найти некоторое усиление положительных зарядов при трении и некоторое усиление отрицательные заряды; некоторые материалы также получают больше заряда, чем другие.получается из того, что мы можем ранжировать материалы в соответствии с зарядом, который они прибыль, давая нам своего рода рейтинг материалов, идущих от положительный к отрицательному. В разных книгах и на веб-страницах отображаются немного разные списки, но все они в целом идут от полезных ископаемых (положительных) через такие от дерева и бумаги (нейтрально) до пластика (отрицательно). Не волнуйся слишком много о точном порядке списка; это будет варьироваться для всех видов причин (типа стекла или добавок в латексе, например).

++++++++ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ++++++++

+ Воздух
+ Кожа
+ Кожа
+ Асбест
+ Стекло
+ Слюда
+ Кварц
+ Нейлон
+ Шерсть
+ Мех
+ Свинец
+ Шелк
+ Алюминий
0 Бумага
0 Хлопок
0 Сталь
0 Дерево
− Янтарь
− Латекс
− Твердая резина
− Никель
− Медь
− Латунь
− Серебро 0 30380 − 0 Полиэстер − 9 Платина 903 80
− Полистирол
− Неопрен
− Саран («пищевая пленка»)
− Полиэтилен
− Полипропилен
− Поливинилхлорид (ПВХ)
− Селен
− Тефлон
− Силиконовый каучук
− Эбонит (очень твердая вулканизированная резина)

——-ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ———

Этот список называется трибоэлектрическим рядом.Чем дальше друг от друга два материала в ряду, тем более статично электричество будет накапливаться, когда вы будете тереть их друг о друга. Если два материалы очень близки в ряду, тяжело заставить их нарастить любой заряд вообще, как бы сильно вы их не терли. Казалось бы подтвердить, что статическое электричество связано не с трением как таковым, а с о природе материалов, с которыми мы контактируем.

Переосмысление статического электричества

То, что вы только что прочитали, является традиционным, широко принятым объяснение статического электричества — и вы до сих пор найдете его описание в большинстве школьных учебников.

Но в 2011 году ученые сообщили о некоторых новых важных открытиях, которые казалось, предполагалось, что происходит гораздо больше. Вместо того, чтобы быть чисто физическим вопросом, и простой перенос заряженных электронов от одного материала к другому, казалось, что статическое электричество тоже может быть обусловленные химией (движением ионов и другими существенно химическими процессами). И это также может произойти путем замены небольшого количества фактического материала (немного воздушного шара, смещающегося на ваш пуловер или наоборот).Там, где мы привыкли думать о статике как о простой «кучке» отрицательного или положительного заряда (электронов или их отсутствия), при ближайшем рассмотрении теперь оказывается «мозаика» как положительных, так и отрицательных зарядов, которые в сумме составляют комбинезон заряд (положительный или отрицательный). Это исследование является очень новым и все еще развивается, но кажется очевидным, что наша традиционная объяснение статического электричества — это упрощенная версия того, что происходит на самом деле, даже если мы искренне верили в это более 2000 лет!

Иллюстрация: вверху: традиционная теория рассматривает статический заряд на воздушном шаре как равномерное распределение заряженных частиц по его поверхности.Внизу: согласно последним представлениям, статический заряд на самом деле представляет собой случайную «мозаику» гораздо больших зарядов, которые могут быть как положительными, так и отрицательными, и которые в сумме составляют общий заряд. В этом случае отрицательного заряда гораздо больше, чем положительного (желтого больше, чем красного), поэтому наш шар имеет в целом отрицательный заряд.

Дальнейшее чтение

Простые знакомства
Более сложные изделия
  • Мозаика поверхностного заряда при контактной электрификации Х.Байтекин Т., Паташински А.З., Браницкий М., Байтекин Б., Сох С., Гжибовский Б.А. Наука, 15 июля 2011 г., Вып. 333, выпуск 6040, стр. 308–312.
  • Антиоксиданты рассеивают статическое электричество Ричард Ван Норден. Природа, 19 сентября 2013 г.
  • Что создает статическое электричество? Мериг В. Уильямс. Американский ученый, том 100, июль / август 2012 г., стр. 316–323.

Какая польза от статического электричества?

А вот статическое электричество это все очень интересно, но какая от этого польза? Вы не можете сделать тост из молнии болт, и вы не можете зарядить свой мобильный телефон, просто потирая его корпус на свой пуловер.Вы можете подумать, что статика — одна из тех захватывающих но в конечном счете совершенно бесполезные кусочки науки, не имеющие практического приложений, но вы ошибаетесь: статическое электричество используется во всех виды повседневной техники!

Лазерные принтеры и копировальные аппараты использовать статическое электричество для накопления чернил на барабане и переноса их на бумага. Опрыскивание сельскохозяйственных культур также зависит от статического электричества, помогающего гербицидам. прилипают к листве растений и равномерно распределяются по листьям. Фабрика роботы-распылители используют аналогичный трюк, чтобы гарантировать, что краска капли притягиваются к металлическим кузовам автомобилей, а не к оборудованию вокруг них.На многих электростанциях и химических заводах статическое электричество используется в дымовых трубах для удаления загрязнений (подробнее читайте в нашей статье об электростатических дымоуловителях).

Фото: Как вы можете остановить загрязнение воздуха, выбрасываемое из дымовых труб? Один из способов — придать дыму статический электрический заряд, а затем направить его через сетку металлических пластин с противоположным зарядом, чтобы удалить грязные частицы сажи. Вот как работают «скрубберы» (электростатические осадители дыма), такие как те, что установлены в этих дымовых трубах на электростанции McNeil, работающей на биомассе, в Берлингтоне, штат Вирджиния.Фото Уоррена Гретца предоставлено Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (NREL).

Конечно, у статического электричества есть и свои недостатки. Это может вызвать искры и взрывы на складах горючего, а паразитное статическое электричество настоящая неприятность, если вы работаете с электронными компонентами. Это почему инженеры и химики разработали всевозможные антистатические технологии (от простых проводов до хитроумных малопроводящих красок и покрытий) которые предотвращают накопление статического электричества в чувствительных местах. Пока вы читаете эти слова, можно быть уверенным, что кто-то где-то пытается найти новый способ использовать статическое электричество или лучший способ остановить это вызывает проблемы.Статическое электричество может быть стационарным, но оно никогда не стоит на месте!

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги

Для юных читателей
  • Свидетель: Электричество Стива Паркера. Нью-Йорк: Дорлинг Киндерсли, 2005. Хорошее введение в электричество от надежного детского научного писателя.
  • Пути науки: электричество Криса Вудфорда. Нью-Йорк: Факты в файле, 2004: Одна из моих собственных книг, этот том знакомит нас с полной историей электричества, от древних греков до наших дней.
  • Крутая наука: эксперименты с электричеством и магнетизмом Криса Вудфорда. Нью-Йорк: Гарет Стивенс, 2010: Еще одна из моих книг, это краткое и простое практическое руководство по электричеству и магнетизму.
Для читателей постарше

Артикул

Общий
Для учителей
  • Наука 101: В: Что такое «статическое электричество» и как я могу увидеть его эффекты? Мэтт Бобровски. Наука и дети, том 56, № 3, октябрь 2018 г. Базовый обзор статических понятий, которые необходимо знать детям, и несколько простых экспериментов, которые их демонстрируют.
  • Измерение статического электричества: исследование в классе для понимания трибоэлектрического ряда Кэрри Перри и др., Science Scope, том 39, № 7, март 2016 г. Составление плана урока, который поможет учащимся нанести на карту трибоэлектрический ряд для обычных материалов.
  • Статическое электричество А. Генри Суонна, Science and Children, Vol. 6, № 2, октябрь 1968 г., стр. 28–30. Некоторые классические демонстрации в классе и концепции, которые они демонстрируют.
Исторический

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2012, 2018. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней своим друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2012/2018) Статическое электричество. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-static-electricity-works.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Безопасность при статическом электричестве — накопление статического заряда

Анализ опасностей электростатического разряда представляет собой СОКРАЩЕННЫЙ анализ угроз безопасности процесса, охватывающий обычное изучение вероятных источников топлива, источников воспламенения, вероятности инцидента и его последствий, а также меры по контролю опасностей.Однако анализ электростатической опасности фокусируется на опасностях, которые могут быть вызваны генерацией, накоплением и разрядами статического электричества.

Компания Stonehouse осознала, что в большинстве анализов опасностей технологического процесса (PHA) и даже анализов опасностей пыли (DHA) часто не учитываются более тонкие электростатические опасности. Статическое электричество является специальной темой, с которой большинство инженеров/инженеров-химиков/специалистов по безопасности технологических процессов время от времени сталкивались, но официально никогда не изучались. Мы используем наш опыт проведения сотен анализов электростатических опасностей по всему миру и в самых разных отраслях на вашем предприятии, чтобы вы могли с минимальными затратами выявлять электростатические опасности и контролировать их.

Всякий раз, когда любые две поверхности соприкасаются, а затем расходятся, генерируется статический электрический заряд. В промышленности статическое электричество генерируется во многих распространенных технологических операциях, например, когда жидкости протекают через завод или когда частицы порошка контактируют с поверхностями технологического и транспортирующего оборудования. Так, например, такие процессы, как измельчение порошка, смешивание и пневматическая передача, часто будут генерировать большой статический заряд, а также быстрый, турбулентный поток жидкости, например, при разгрузке или фильтрации цистерн.

Основной проблемой, связанной со статическим электричеством в промышленных условиях, является риск возгорания и взрыва из-за воспламенения легковоспламеняющихся атмосфер электростатическими разрядами. Легковоспламеняющиеся газы, пары, порошки и аэрозоли являются обычным явлением в технологических операциях, и необходимы меры предосторожности для предотвращения их непреднамеренного воспламенения. Меры предосторожности против возгорания и взрыва многочисленны и разнообразны, но подход, который следует включить, заключается в исключении или устранении потенциальных источников электростатического воспламенения в местах, где можно обоснованно ожидать наличия горючей атмосферы.

Существует много мер предосторожности, которые можно предпринять для контроля над статическим электричеством, но прежде чем выбрать наиболее эффективный способ контроля над статическим электричеством на вашем предприятии, целесообразно сначала понять, как генерируется, накапливается статический заряд и образуются опасные «искры». мы хотим избежать. Итак, вернемся к основам….

Существует несколько различных механизмов, объясняющих образование электростатического заряда. К ним относятся контактная электрификация, двухслойная зарядка, индукционная зарядка и зарядка коронным разрядом.Но, безусловно, самый распространенный способ, которым материалы приобретают электростатический заряд на практике, — это «контактная электризация», также известная как трибоэлектрификация. Контактная зарядка возникает, когда любые два материала вступают в контакт, а затем разделяются.

Генерация электростатического заряда не должна быть опасной. Однако, если статический заряд накапливается на таких объектах, как заводы, оборудование, контейнеры, люди, порошки или жидкости, это может привести к опасным электростатическим разрядам.

Электростатические разряды возникают между двумя объектами или поверхностями, имеющими разные электростатические потенциалы (напряжения).Эффективная энергия электростатического разряда очень сильно зависит от количества накопленного заряда и от электрических свойств заряженных поверхностей/объектов.

Наконец, риск воспламенения легковоспламеняющейся атмосферы разрядом статического электричества зависит не только от эффективной энергии электростатического разряда, но и от чувствительности горючей атмосферы к воспламенению, что обычно называют минимальной энергией воспламенения или MIE. Минимальная энергия воспламенения представляет собой (измеримое) свойство горючей атмосферы.

Что Stonehouse Process Safety предоставляет консультационным услугам по вопросам электростатической опасности?

Наши специализированные консультационные услуги в области электростатики призваны помочь нашим клиентам понять, оценить и контролировать опасность пожара и взрыва, а также любые технологические проблемы, которые могут возникнуть в результате образования и накопления электростатического заряда в их процессах. Вот краткий обзор наших услуг:

  • Консультации специалистов и электростатические измерения на месте
  • Лабораторные испытания, включая полномасштабные испытания биг-бегов
  • Расследование инцидента
  • Свидетель-эксперт
  • Контрактные исследования и разработки

Свяжитесь с нами для индивидуального практического решения.

Применение электростатики | Наш подход

Статическое электричество можно использовать для многих полезных целей в широком спектре процессов. На самом деле существует огромный потенциал для коммерческого развития. Компания Stonehouse Process Safety обладает обширным опытом оказания помощи нашим клиентам в проектировании полномасштабного технологического оборудования, проведении программ исследований и разработок и т. д. Мы принимали участие в различных проектах, в том числе:

  • Мелкие покрытия
  • Распыление жидкости
  • Удаление пыли
  • Манипуляции с порошком
  • Разделение материалов
  • Порошковое осаждение

Электростатические консультационные услуги | Отрасли, которые мы обслуживаем

Наши инженеры и ученые обслуживают самых разных клиентов как в Соединенных Штатах, так и во всем мире.Некоторые из отраслей, которым требуются наши консультационные услуги по электростатической опасности, включают:

  • Автомобилестроение и авиация
  • Химические вещества (например, мелкие, объемные и т. д.)
  • Уголь/горнодобывающая промышленность
  • Электроника
  • Энергия и мощность
  • Машиностроение
  • Производство оборудования
  • Вкус и аромат
  • Еда и напитки
  • Государственные учреждения
  • Металлургия и обработка
  • Фармацевтика
  • Целлюлозно-бумажная промышленность
  • Дерево
  • … и многое другое!

Выберите Stonehouse Process Safety для консультационных услуг по электростатической опасности сегодня

Команда Stonehouse Process Safety имеет большой опыт выявления, оценки и контроля опасностей электростатического разряда в широком спектре производственных процессов и ситуаций, включая обработку/переработку жидкостей и порошков, жесткие и гибкие контейнеры для жидкостей и порошков (включая гибкие промежуточные сыпучие материалы). контейнеры (FIBC)), пластиковые листы и вкладыши, разделение и переработка материалов, агломерация порошка и многое другое.Свяжитесь с Stonehouse Process Safety сегодня, чтобы узнать больше о нашем опыте в области электростатических опасностей, технологических проблем и областей применения!

Остерегайтесь статического электричества, генерируемого текущими жидкостями: SHIMADZU (Shimadzu Corporation)

Статическое электричество возникает в сезон, когда воздух сухой. Треск, который возникает при снятии свитера, возникает из-за статического электричества, возникающего при трении между материалами одежды. Точно так же легкое болезненное ощущение, возникающее при прикосновении к дверной ручке после ходьбы по ковру, связано с тем, что статическое электричество, которое накопилось в теле от трения о ковер, разряжается через небольшой зазор между дверной ручкой и вашей рукой.
Такие опыты со статическим электричеством могут быть относительно обычным явлением, поэтому мы часто не обращаем на них особого внимания в нашей повседневной жизни.

Однако статическое электричество может быть большой проблемой для электронных компонентов. При напряжении в несколько киловольт наши тела испытывают лишь легкое ощущение боли (при очень слабом уровне тока), но некоторые электронные детали могут быть повреждены всего лишь при напряжении 0,1 кВ.
Средства противодействия статическому электричеству включены в сами аналитические приборы, но большее количество статического электричества может привести к их неисправности.

Кроме того, некоторые лабораторные приборы, такие как системы ВЭЖХ (высокоэффективный жидкостный хроматограф), в которых используются легковоспламеняющиеся органические растворители, требуют особой осторожности из-за риска возгорания.
Кроме того, из-за того, что трудно понять механизм того, как происходят аварии, связанные со статическим электричеством, и поскольку некоторые аспекты, которые приводят к авариям, связанным со статическим электричеством, возникают только при совпадении нескольких факторов, осторожностью часто пренебрегают. Тем не менее, особая осторожность требуется при использовании больших количеств растворителя, потому что, если произойдет авария, это может привести к большому ущербу.

На этой странице конкретно описываются стоки ВЭЖХ, стекающие в контейнеры для жидких отходов, но опасность также распространяется на ситуации, не связанные с ВЭЖХ, когда растворитель с низкой проводимостью течет в контейнер с низкой проводимостью.

• Возможность несчастных случаев из-за статического электричества, генерируемого текущей жидкостью

Статическое электричество, генерируемое рядом с выпускным отверстием ВЭЖХ в контейнер для жидких отходов, потенциально может привести к аварии. Процесс описан ниже.

1.Генерация статического электричества
Когда жидкость проходит через тонкую трубку с высокой скоростью потока, как это происходит в системах ВЭЖХ, электростатический заряд протекающего вещества создает статическое электричество (электризация потока). (Уровень заряда выше для плохо проводящих растворителей, протекающих через пластиковые трубки. Кроме того, большое количество пузырьков воздуха, протекающих через трубку, может усиливать статическое электричество.

A: Заряд, который движется вместе с потоком жидкости
B: Заряд, который прикреплен к твердой поверхности и не может двигаться

Генерация статического электричества жидкостью, обтекающей твердое тело

2.Накопление статического электрического заряда
Если электростатически заряженная жидкость накапливается в электрически изолированном контейнере, количество заряда постепенно увеличивается до точки, при которой она может легко генерировать высокое напряжение порядка нескольких кВ.

3. Высвобождение энергии посредством электрического разряда
Если электрический проводник подходит на определенное расстояние от контейнера, возникает электрический разряд, который выделяет тепловую энергию.

4.Воспламенение легковоспламеняющихся веществ
При достаточной концентрации горючего газа в окружающей атмосфере газ легче воспламеняется.

Рис. 2 иллюстрирует возможные аварийные ситуации.

Ситуации с опасностью поражения статическим электричеством

Поглощение пузырьков воздуха увеличивает статическое электричество

• Предотвращение несчастных случаев, связанных со статическим электричеством

Для предотвращения несчастных случаев, связанных со статическим электричеством, меры должны быть направлены на предотвращение образования и накопления статического электричества.Кроме того, для дальнейшего обеспечения предотвращения несчастных случаев важно одновременно применять несколько профилактических мер. В частности, следует принять следующие меры, если используются большие количества легковоспламеняющихся растворителей.

Измерение 1
Используйте металлический контейнер для жидких отходов (с проводящей внутренней поверхностью, такой как металлическая банка с покрытием) и заземлите контейнер.
Правильно отшлифованные контейнеры для жидких отходов. Нет смысла использовать металлический контейнер, если он не заземлен или провод заземления отсоединен.(P/N 228-21353-91 также можно использовать в качестве заземляющего провода.) Это предотвращает накопление статического заряда в отработанной жидкости или контейнере.
Даже поверхность некоторых металлических контейнеров покрыта оксидом или ламинирована, поэтому они могут быть непроводящими. Используйте электрический тестер, чтобы убедиться, что контейнер заземлен. Если в контейнер для отходов сбрасывается только жидкость с очень низкой проводимостью (10–10 См/м или меньше), одним из способов является добавление в контейнер безопасной проводящей жидкости.

Конфигурация с реализованными мерами по предотвращению статического электричества

Мера 2
Во избежание попадания искр в контейнер для отходов размер любых зазоров на входных и выходных отверстиях должен быть как можно меньше.
(Чтобы свести к минимуму такие зазоры, крышки P/N 228-21354-91 также можно использовать для канистр 18 л и 4 л.)

Мера 3
Держите электростатически заряженные предметы, включая тела людей, вдали от контейнера для отходов. .
Во избежание заряда тела носите антистатическую одежду или обувь, заземляйте тело с помощью антистатического браслета (с резистором 1 МОм для защиты тела) или предусмотрите токопроводящие поверхности пола в рабочих зонах, таких как с антистатическими ковриками.Если вы не предприняли никаких антистатических мер, прикоснитесь к заземленному металлическому предмету, прежде чем приближаться к контейнеру для отходов, чтобы заземлить любой электростатический заряд вашего тела.

Измерение 4
Используйте трубки с большим внутренним диаметром (например, не менее 2 мм) для дренажных линий, через которые проходит большое количество жидкости.
Пузырьки воздуха в жидкости могут увеличить электростатический заряд в несколько десятков раз. Проверьте соединения трубок на наличие утечек воздуха.

Мера 5
Если контейнер для жидких отходов нельзя сделать проводящим, убедитесь, что конец сливной трубки остается ниже поверхности жидкости в контейнере для отходов.В качестве альтернативы поместите заземленный металл в жидкость.
Однако этот метод малоэффективен для жидкостей с низкой электропроводностью (10-10 См/м и менее).

Мера 6
Используйте контейнер для жидких отходов как можно меньшего размера, чтобы свести к минимуму ущерб в случае пожара.

Мера 7
Повышение уровня влажности (например, выше 65 %) может иметь антистатический эффект. Поэтому не допускайте, чтобы помещение стало сухим.

Аварии, вызванные статическим электричеством, можно предотвратить, соблюдая меры, указанные выше.Эти меры могут показаться излишними заботами, но также важно быть готовым к таким возможностям.
Как производитель систем ВЭЖХ, мы надеемся поставлять простые в использовании периферийные устройства, которые также тщательно разработаны с точки зрения безопасности.

.

0 comments on “Статический заряд: Что такое статическое электричество — Лайфхакер

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.