Что значит статическое электричество в нашей жизни. Виды статического электричества

Люди постоянно сталкиваются со статическим электричеством, точнее с его проявлениями (в своей квартире, в автомобиле, на производстве и т.д.). Однако не многие из нас всерьез задумывались о природе его возникновения, физических свойствах, характеристиках, средствах защиты от статического электричества. Настоящая статья посвящена поиску ответов на перечисленные вопросы.

Что такое статическое электричество

Для молекулы или атома любого вещества нормальным является равновесное состояние, т.е. число положительных (протонов) и отрицательных (электронов) частиц в атоме одинаково. Но электроны вещества могут легко (у разных материалов по разному) перемещаться от одного атома к другому, тем самым формируя положительный (недостающий электрон) или отрицательный (избыточные электрон) заряд атома. Именно такой дисбаланс в атомах и молекулах формирует статическое электрополе. Такие поля нестабильны и при первой же возможности разряжаются.

ГОСТ 17.1.018-79 “Статическое электричество. Искробезопастность» трактует термин «статическое электричество» как способность свободных электрических зарядов возникать, сохраняться и релаксировать в объеме и на поверхности полупроводников и диэлектриков.
Обязательным «спутником» статического поля является сухой воздух. При влажности выше 80% такие поля практически никогда не формируют т.к. вода является отличным проводником и не позволяет избыточному электричеству накапливаться на поверхности материалов.

Источники возникновения статического поля и причины его генерирования

Все мы помним со школьного курса физики опыт с эбонитовым стержнем, или пластмассовой расческой и куском шерстяной ткани. После натирания стержня тканью он был способен притягивать к себе мелко нарезанные кусочки бумаги.

Трение двух поверхностей является самым распространенным источников возникновения статического поля. Необязательно тереть два материала друг о друга. Статическое поле может возникнуть при одиночном контакте, к примеру, в случае наматывания/разматывания тканевой ленты.

Также источниками генерирования статического поля могут служить:

• Резкие температурные перепады;
• Высокий уровень радиации.

Статическое поле может быть «самоприобретенным» и «наведенным», т.е. полученным от другого сильно наэлектризованного объекта без непосредственного контакта с ним. Такой метод «принудительной электризации» называют индукцией.

Всем нам хорошо известен электрический треск при снятии верхней одежды или «электрический удар» от кузова автомобиля. Мы наблюдаем и нередко испытываем на себе действие статических разрядов при расчесывании волос, нарезании бумаги, переливании бензина и т.д.

Обязательным условием для генерирования статического электрополя является наличие магнитных полей. Таким образом, следует констатировать, что свободные заряды окружают нас постоянно. Но человеку этого мало и он активно использует в своей повседневной жизни и работе огромное количество различных электрических устройств, тем самым только увеличивая общую «электрическую напряженность» среды обитания.

Сфера использования

Электростатические приборы и устройства, принцип действия которых основывался на трении, так и не смогли покинуть лабораторных полок и учебных, где они, преимущественно, используются в качестве демонстрационного материала.

Попытки использовать статические поля для генерации электрического тока тоже не принесло особых успехов. Генераторы Ван Дер Граафа и Феличи, которые были созданы в 30-ом и 40-ом году прошлого столетия, тоже не нашли себе широкого применения, т.к. это оборудование было достаточно громоздко.

К тому же их функционирование и техническое обслуживание обходилось очень дорого.

Очень полезным с точки зрения промышленного применения, оказалось открытие коронного разряда, который широко применяется в различных областях промышленности. В частности, с его помощью, можно очищать газы от различных примесей и наносить краску на поверхность любой конфигурации.

Проблемы, связанные со статическим электричеством

Значительно большее внимание сегодня уделяется проблемам, которые являются прямым следствием накопленного электростатического напряжения. Электроудары различной мощности могут поражать человека, как в домашних условиях, так и на работе.

К примеру, свитер из синтетической ткани, в результате трения со спинкой кресла или с материалом верхней одежды, способен накапливать разряд, который «даст о себе знать» при его снимании. Гораздо мощнее бьет при прикосновения к кузову автомобиля, который наэлектризовался от трения об воздух.

Любой электрический прибор, будь то кухонный комбайн, ноутбук, монитор компьютера или пылесос, обязательно несет в себе электростатический заряд, который «охотно» переходит в человека при контакте. Такой «переход» может вызывать, а может и не вызывать болезненные ощущения, но он однозначно вреден для человеческого организма.

Ученые давно доказали, что воздействие энергии статического электричества представляет опасность для здоровья человека, в частности для сердечно-сосудистой и центральной нервной системы.

Защита

В упоминаемом ранее, ГОСТе детально рассматриваются способы защиты от влияния статических полей, самым простым из которых является надежное заземление оборудования.

Что можно сделать защиты от статических полей помещений частного дома и промышленных помещений?

Видео: как избавиться от статического электричества.
https://www.youtube.com/watch?v=ls-hBlqJu9Y

Для защиты людей и высокоточного оборудования от воздействия статического электричества на производстве используют специальные экраны и другие электромеханические приспособления. Для подавления электризации в жидких полимерах применяют специальные присадки и растворители. Широко используются в качестве для защиты от статического электричества в быту и на производстве различные антистатики.

Это химические вещества, имеющие низкую молекулярную массу, что позволяет их молекулам легко перемещаться и, в дополнение к этому, вступать реакцию с атмосферной влагой. Совокупность этих характеристик позволяет им рассеивать очаги возникновения статических полей и снимать статистическое напряжение с человека.

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

✪ Подробнее об электрическом заряде

✪ Статическое электричество. Электрический скат.

✪ ✅Что если разрядить МИЛЛИОН ВОЛЬТ на ЧЕЛОВЕКА!?!! Откроются ли сверх способности?

Субтитры

Здравствуйте. В этом выпуске канала TranslatorsCafe.com мы поговорим об электрическом заряде. Мы рассмотрим примеры статического электричества и историю его изучения. Мы поговорим о том, как образуется молния. Мы также обсудим использование статического электричества в технике и медицине и завершим наш рассказ описанием принципов измерения электрического заряда и напряжения и приборов, которые для этого используются. Как ни удивительно, но мы сталкиваемся со статическим электричеством ежедневно - когда гладим любимую кошку, расчесываем волосы или натягиваем свитер из синтетики. Так мы сами поневоле становимся генераторами статического электричества. Мы буквально купаемся в нём, ведь мы живем в сильном электростатическом поле Земли. Это поле возникает из-за того, что её окружает ионосфера, верхний слой атмосферы, слой, который является проводящим. Ионосфера образовалась под действием космического излучения, главным образом Солнца, и имеет свой заряд. Занимаясь обыденными делами вроде разогрева пищи, мы совершенно не задумываемся о том, что пользуемся статическим электричеством, повернув кран подачи газа на горелке с автоподжигом или поднеся к ней электрозажигалку. Электрический заряд - это скалярная величина, определяющая способность тела быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Единица измерения заряда в системе СИ - кулон (Кл). 1 кулон представляет собой электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с. 1 кулон эквивалентен приблизительно 6,242×10^18 e (e - заряд протона). Заряд электрона составляет 1,6021892(46) 10^–19 Кл. Такой заряд называется элементарным электрическим зарядом, то есть, минимальным зарядом, которым обладают заряженные элементарные частицы. Мы с детства инстинктивно боимся грома, хотя сам по себе он абсолютно безопасен - это просто акустическое следствие грозного удара молнии, которая вызвана атмосферным статическим электричеством. Моряки времён парусного флота впадали в священный трепет, наблюдая огоньки святого Эльма на своих мачтах, которые тоже являются проявлением атмосферного статического электричества. Люди наделяли верховных богов древних религий неотъемлемым атрибутом в виде молний, будь то греческий Зевс, римский Юпитер, скандинавский Тор или Перун русичей. С тех пор, как люди впервые начали интересоваться электричеством, прошли века, и мы даже порой не подозреваем, что учёные, сделав из изучения статического электричества глубокомысленные выводы, спасают нас от ужасов пожаров и взрывов. Мы укротили электростатику, нацелив в небо пики громоотводов и снабдив бензовозы заземляющими устройствами, позволяющими электростатическим зарядам безопасно уходить в землю. И, тем не менее, статическое электричество продолжает хулиганить, создавая помехи приёму радиосигналов - ведь на Земле одновременно бушует до 2000 гроз, которые ежесекундно генерируют до 50 разрядов молний. Исследованием статического электричества люди занимались с незапамятных времён. Даже термину «электрон» мы обязаны древним грекам, хотя они подразумевали под этим несколько иное - так они называли янтарь, который прекрасно электризовался при трении. К сожалению, наука о статическом электричестве не обошлась без жертв - российский учёный немецкого происхождения Георг Вильгельм Рихман во время проведения эксперимента был убит разрядом молнии, которая является наиболее грозным проявлением атмосферного статического электричества. В первом приближении, механизм образования зарядов грозового облака во многом сходен с механизмом электризации расчёски - в нём точно так же происходит электризация трением. Льдинки, образуясь из мелких капелек воды, охлаждённой из-за переноса восходящими потоками воздуха в верхнюю, более холодную, часть облака, сталкиваются между собой. Более крупные льдинки заряжаются при этом отрицательно, а меньшие - положительно. Из-за разницы в весе происходит перераспределение льдинок в облаке: крупные, более тяжёлые, опускаются в нижнюю часть облака, а более лёгкие льдинки меньшего размера собираются в верхней части грозового облака. Хотя всё облако в целом остаётся нейтральным, нижняя часть облака получает отрицательный заряд, а верхняя - положительный. Подобно наэлектризованной расческе, притягивающей воздушный шарик из-за индуцирования на его ближней к расческе стороне противоположного заряда, грозовое облако индуцирует на поверхности Земли положительный заряд. По мере развития грозового облака, заряды увеличиваются, при этом растёт напряжённость поля между ними, и, когда напряжённость поля превысит критическое значение для данных погодных условий, происходит электрический пробой воздуха - разряд молнии. Человечество обязано Бенджамину Франклину за изобретение громоотвода (точнее было бы назвать его молниеотводом), навсегда избавившего население Земли от пожаров, вызываемых попаданием молний в здания. Кстати, Франклин не стал патентовать своё изобретение, сделав его доступным для всего человечества. Не всегда молнии несли только разрушения - уральские рудознатцы определяли расположение железных и медных руд именно по частоте ударов молний в определённые точки местности. В числе учёных, посвятивших своё время исследованию явлений электростатики, необходимо упомянуть англичанина Майкла Фарадея, впоследствии одного из основателей электродинамики, и голландца Питера ван Мушенбрука, изобретателя прототипа электрического конденсатора - знаменитой лейденской банки. Наблюдая за гонками DTM, IndyCar или Formula 1, мы даже не подозреваем, что механики зазывают пилотов для смены резины на дождевую, опираясь на данные метеорологических РЛС. А эти данные, в свою очередь, основаны именно на электрических характеристиках подступающих грозовых облаков. Электростатическое электричество - наш друг и враг одновременно: его недолюбливают радиоинженеры, натягивая заземляющие браслеты при ремонте сгоревших плат в результате удара поблизости молнии. При этом, как правило, из строя выходят входные каскады оборудования. При неисправном заземляющем оборудовании оно может стать причиной тяжёлых техногенных катастроф с трагическими последствиями - пожаров и взрывов целых заводов. Тем не менее, статическое электричество приходит на помощь людям с острой сердечной недостаточностью, вызванной хаотическими судорожными сокращениями сердца больного. Его нормальная работа восстанавливается пропусканием небольшого электростатического разряда при помощи прибора, называемого дефибриллятором. Такие приборы можно увидеть в местах, где бывает много людей. Сцена возвращения пациента с того света с помощью дефибриллятора является своего рода классикой для кино определённого жанра. При этом следует отметить, что в кино традиционно показывают монитор с отсутствующим сигналом сердцебиения и зловещей прямой линией, хотя на самом деле применение дефибриллятора, как правило, не помогает, если сердце пациента полностью остановилось. Нелишне будет вспомнить о необходимости металлизации самолетов для защиты от статического электричества, то есть, соединения всех металлических частей самолета, включая двигатель, в одну электрически целостную конструкцию. На законцовках всего оперения самолета устанавливают статические разрядники для стекания статического электричества, накапливающегося во время полета вследствие трения воздуха о корпус самолета. Эти меры необходимы для защиты от помех, возникающих при разряде статического электричества, и обеспечения надежной работы бортового электронного оборудования. И самое главное, учёные пришли к выводу, что статическому электричеству, точнее его разрядам в виде молний, мы, вероятно, обязаны появлению жизни на Земле. В ходе экспериментов в середине прошлого века, с пропусканием электрических разрядов через смесь газов, близкую по составу газов к первичному составу атмосферы Земли, была получена одна из аминокислот, которая является «кирпичиком» нашей жизни. Для укрощения электростатики очень важно знать разность потенциалов или электрическое напряжение, для измерения которого придуманы приборы, называемые вольтметрами. Ввел понятие электрического напряжения итальянский учёный 19-го века Алессандро Вольта, по имени которого и названа эта единица. В своё время для измерения электростатического напряжения использовались гальванометры, названные по имени соотечественника Вольта Луиджи Гальвани. К сожалению, эти приборы электродинамического типа, вносили искажения в измерения. К систематическому изучению природы электростатики учёные приступили со времён работ французского учёного 18-го века Шарля Огюстена де Кулона. В частности, он ввёл понятие электрического заряда и открыл закон взаимодействия зарядов. По его имени названа единица измерения количества электричества - кулон. Правда, ради исторической справедливости, надо заметить, что годами ранее этим занимался английский учёный лорд Генри Кавендиш; к сожалению, он писал в стол и его работы были опубликованы наследниками лишь спустя 100 лет. Работы предшественников, посвященные законам электрических взаимодействий, дали возможность физикам Джорджу Грину, Карлу Фридриху Гауссу и Симеону Дени Пуассону создать изящную в математическом отношении теорию, которой мы пользуемся до сих пор. Главным принципом в электростатике является постулат об электроне - элементарной частице, входящей в состав любого атома и легко отделяющегося от него под воздействием внешних сил. Помимо этого, действуют постулаты об отталкивании одноимённых зарядов и притягивании разноимённых. Первым измерительным прибором явился простейший электроскоп, изобретённый Кулоном - два листочка электропроводной фольги, помещённые в стеклянную ёмкость. С тех пор измерительные приборы значительно эволюционировали - и теперь они могут измерять разницу в единицы нанокулон. С помощью особо точных физических приборов, российский учёный Абрам Иоффе и американский физик Роберт Эндрюс Милликен независимо друг от друга и почти в одно и то же время сумели измерить электрический заряд электрона. Ныне, с развитием цифровых технологий, появились сверхчувствительные и высокоточные приборы с уникальными характеристиками, которые из-за высокого входного сопротивления почти не вносят искажений в измерения. Помимо измерения напряжения, такие приборы позволяют измерять и другие важные характеристики электрический цепей, таких, как омическое сопротивление и протекающий ток в широком диапазоне измерений. Самые продвинутые приборы, называемые из-за их многофункциональности мультиметрами, или, на профессиональном жаргоне, тестерами, позволяют измерять также и частоту переменного тока, емкость конденсаторов и осуществлять проверку транзисторов и даже измерять температуру. Как правило, современные приборы имеют встроенную защиту, не позволяющую вывести прибор из строя при неправильном применении. Они компактны, просты в обращении и безопасны в работе - каждый из них проходит через ряд испытаний на точность, проверяется в тяжёлых режимах работы и заслужено получает сертификат безопасности. Спасибо за внимание! Если вам понравилась это видео, пожалуйста, не забудьте подписаться на наш канал!

Происхождение

Электризация диэлектриков трением может возникнуть при соприкосновении двух разнородных веществ из-за различия атомных и молекулярных сил (из-за различия работы выхода электрона из материалов). При этом происходит перераспределение электронов (в жидкостях и газах ещё и ионов) с образованием на соприкасающихся поверхностях электрических слоёв с равными знаками электрических зарядов. Фактически атомы и молекулы одного вещества, обладающие более сильным притяжением, отрывают электроны от другого вещества, создавая вихревое движение ионов среды, в которой они заключены.

Электрические разряды могут образовываться вследствие некоторой электропроводности влажного воздуха. При влажности воздуха более 85 % статическое электричество практически не возникает.

Под статическим электричеством понимают совокупность явлений, связанных с возникновением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности, или в объеме диэлектриков, или на изолированных проводниках.

Образование и накопление зарядов на перерабатываемом материале связано с двумя условиями. Во-первых, должен произойти контакт поверхностей, в результате которого образуется двойной электрический слой. Во-вторых, хотя бы одна из контактирующих поверхностей должна быть из диэлектрического материала. Заряды будут оставаться на поверхности после их разделения только в том случае, если время разрушения контакта меньше времени релаксации зарядов. Последнее, в значительной степени, определяет величину зарядов на разделенных поверхностях.

Двойной электрический слой - это пространственное распределение электрических зарядов на границах соприкосновения двух фаз. Такое распределение зарядов наблюдается на границе металл - металл, металл - вакуум, металл - газ, металл - полупроводник, металл - диэлектрик, диэлектрик - диэлектрик, жидкость - твердое тело, жидкость - жидкость, жидкость - газ.

Основная величина, характеризующая способность к электризации, - удельное электрическое сопротивление поверхностей контактируемых материалов. Если контактирующие поверхности имеют низкое сопротивление, то при разделении заряды с них стекают и раздельные поверхности несут незначительный заряд. Если же сопротивление высокое или велика скорость отрыва поверхностей, то заряды будут сохраняться.

Следовательно, основные факторы, влияющие на электризацию веществ, - их электрофизические параметры и скорость разделения.

Условно принято, что при удельном электрическом сопротивлении материалов менее 10 5 Ом м заряды не сохраняются и материалы не электризуются.

Опытами установлено, что при соприкосновении (трении) двух диэлектриков тот из них, который имеет большее значение диэлектрической проницаемости, заряжается положительно, в то время как материал с меньшей диэлектрической проницаемостью заряжается отрицательно.

Под разрядами статистического электричества понимают процессы выравнивания зарядов между отдельными твердыми телами, несущими разные электростатические заряды. Они обычно сопровождаются скользящими, коронными, искровыми разрядными явлениями. При возникновении искр могут воспламениться горючие газы или пары, или инициироваться взрывоопасные смеси, а вызванные разрядами электромагнитные поля могут повредить электронные элементы, вывести из строя или нарушить функции электронного оборудования.

Заряды статического электричества, вызывающие опасные воздействия, могут возникать различными путями. Однако при изготовлении и применении электронных элементов и приборов существенны два механизма электризации: за счет индукции и трения.

Токи в процессе зарядки составляют от сотен пикоампер до нескольких микроампер, а электростатические заряды - от 3 нКл до 5 мкКл. Электростатическая разность потенциалов между телами определяется после окончания процесса зарядки отношением приобретенного заряда Q к емкости C AB тел между собой:

U AB =Q/C AB .

Рис. 3.11 иллюстрирует влияние используемых материалов, а также относительной влажности воздуха на величину напряжения, которое может быть получено при электризации.

Таблица 3.1. Ориентировочные значения напряжений статических зарядов при относительной влажности воздуха 24 % и температуре 21 0 С

С электронными деталями, элементами и приборами необходимо особенно осторожное обращение, чтобы избежать их повреждения из-за электростатических явлений.

Особое значение при обращении с электронными приборами имеет возможный электростатический заряд тела человека, попадающий на переключающие схемы, печатные платы, элементы управления, корпусы приборов при их транспортировке, монтаже, испытаниях, эксплуатации, ремонте и сервисном обслуживании. Тело человека обладает ёмкостью относительно земли пФ. Если человек идет по полу с синтетическим покрытием, то эта емкость может зарядиться приблизительно до U max =15 кВ, накопленная энергия

При приближении человека к заземленному корпусу электронного прибора произойдет искровой разряд, и так как обычно соблюдается условие

то будет иметь место апериодический процесс.

Наиболее сильное воздействие разрядов статистического электричества получается тогда, когда в руке имеется металлический предмет (ключ, отвёртка, проводящие браслеты и т.д.). В этом случае крутизна тока, определяющая индуктированные напряжения помех, может достигать 100 А/нс.

Наблюдаются также разряды статистического электричества в компьютерных залах, кабинетах управления, испытательных помещениях с подвижных предметов (кресел, приборных тележек, полок с печатной бумагой, пылесосов) на корпусы электронных приборов при их случайном касании.

Каждый разряд статистического электричества сопровождается электрическими и магнитными полями.

При этом в непосредственной близости от разряда создаётся электрическое поле 4 кВ/м на расстоянии до 10 см и 1 кВ/м на расстоянии 20 см. Аналогично, магнитное поле равно 15 А/м на расстоянии 10 см и 4 А/м на расстоянии 20 см.

При разряде статистического электричества чаще всего наблюдаются сбои в работе высокоскоростных цифровых узлов, а также цифровых интерфейсных элементов. При подаче на разъёмы, клавиатуры, элементы индикации и т.п. возможно физическое повреждение интерфейсных элементов.

Особенно опасно воздействие разрядов статического электричества на незащищенные узлы аппаратуры. Поэтому при любых ремонтных и наладочных работах нужно соблюдать требования электростатической безопасности. При профессиональной сборке аппаратуры используют антистатические покрытия и т.п. В условиях эксплуатации эти требования удаётся выполнить не всегда. Однако минимальные меры предосторожности соблюдать всё же стоит: например, перед прикосновением к узлам аппаратуры следует дотронутся до заземленных металлоконструкций, что позволит снять избыточный заряд.

Нарушение баланса между электрическими зарядами внутри материала или на его поверхности это возникновение статического электричества. Заряд сохраняется, пока он не будет снят вследствие протекания электрического тока или разряда. Статическое электричество вызывается при контакте и разделении двух поверхностей, и хотя бы одна из поверхностей является диэлектриком – непроводящим электрический ток материалом. Со статическим электричеством большинство из людей знакомы, поскольку они видели искры в момент нейтрализации избыточного заряда, ощущали на себе разряд и слышали сопровождающий его треск.

Причины статического электричества

Вещества состоят из атомов, которые в обычном состоянии электрически нейтральны, поскольку содержат равное количество положительных зарядов (протонов ядра) и отрицательных зарядов (электронов атомных оболочек). Статическое электричество заключается в разделении положительных и отрицательных зарядов. При контакте двух материалов электроны могут переходить с одного материала на другой, что приводит к избытку положительных зарядов на одном материале, и равном избытке отрицательного заряда на другом материале. При разделении материалов образовавшийся дисбаланс зарядов сохраняется.

В контакте материалы могут обмениваться электронами; материалы, слабо удерживающие электроны, склонны их терять, в то время как материалы, в которых внешние оболочки атомов не полностью заполнены, склонны захватывать электроны. Этот эффект называется трибоэлектрическим, и приводит к тому, что один материал заряжается положительно, а другой отрицательно. Полярность и величина заряда при разделении материалов зависит от относительного положения материала в трибоэлектрическом ряду.

Материалы располагаются в ряду, один конец которого является положительным, а другой отрицательным. При трении пары материалов материал, располагающийся ближе к положительному концу ряда, заряжается положительно, а другой – отрицательно. Единого трибоэлектрического ряда (подобного ряду напряжений металлов), не существует, как нет и единой теории электризации. Обычно ближе к положительному концу ряда располагаются материалы с большей диэлектрической проницаемостью.

Порядок следования материалов в трибоэлектрическом ряду может быть нарушен. Так в паре шелк-стело, стекло отрицательно, в паре стекло-цинк, отрицателен цинк, а в паре цинк-шелк, отрицательно заряжается не цинк, как следовало бы ожидать, а шелк. Такое отсутствие упорядоченности называется трибоэлектрическим кольцом.

Трибоэлектрический эффект – основная причина возникновения статического электричества в повседневной жизни, при взаимном трении различных материалов. Например, если потереть воздушный шарик о волосы, он заряжается отрицательно, и может притягиваться к положительно заряженным источникам стены, прилипая к ней и нарушая законы тяготения.

Предупреждение и у даление статических зарядов

Предотвратить накопление статики очень просто – достаточно открыть окно или включить увлажнитель воздуха. Увеличение содержания влаги в воздухе приведет к увеличению ее электрической проводимости, аналогичного эффекта можно добиться ионизацией воздуха.

Особо чувствительны к статическим разрядам предметы можно защитить нанесением антистатического средства.

Особенно чувствительны к разрядам статического электричества полупроводниковые компоненты электронных устройств. Для защиты этих устройств обычно используются токопроводящие антистатические пакеты. Работающие с полупроводниковыми схемами люди зачастую заземляют себя антистатическими браслетами, надеваемыми на кисть руки. Избежать образования статических зарядов при контакте с полом (например, в больницах), можно путем ношения антистатической обуви с токопроводящей подошвой.

Разряд

Искра – это разряд статического электричества, когда избыточный заряд нейтрализуется потоком зарядов из окружения или к окружению. Электрический удар вызывается раздражением нервов при протекании нейтрализующего тока через человеческое тело. Запасенная энергия статики зависит от размера объекта, электрической емкости, напряжения, до которого он оказался заряженным, и диэлектрической проницаемости окружающей среды.

Для моделирования эффекта разряда статики на чувствительные электронные приборы, человеческое тело представляется как электрическая емкость в 100 пФ, заряженная до напряжения от 4 до 35 кВ. При касании объекта эта энергия разряжается менее чем за микросекунду. Хотя общая энергия разряда мала, порядка миллиджоулей, она может повредить чувствительные электронные приборы. Большие объекты запасают больше энергии, что представляет опасность для людей при контакте, или воспламенить искрой горючий газ или пыль.

Молния

Молния – пример статического разряда атмосферного электричества в результате контакта частиц льда в грозовых облаках. Обычно значительные разряды могут накапливаться только в областях в малой электрической проводимостью. Разряд обычно наступает при напряжении поля порядка 10 кВ/см, в зависимости от влажности. Разряд перегревает окружающий воздух с образованием яркой вспышки и звука треска. Молнии – всего лишь масштабный вариант искры статического разряда электричества. Вспышка возникает вследствие нагрева воздуха в канале разряда до такой высокой температуры, что он начинает излучать свет, как и любое раскаленное тело. Удар грома – последствия взрывного расширения воздуха.

Электронные компоненты

Многие полупроводниковые приборы электронных устройств очень чувствительны к присутствию статики и могут быть повреждены разрядом. При обращении с наноустройствами обязательно ношение антистатического браслета. Другой мерой предосторожности является снятие обуви с толстой резиновой подошвой и постоянное стояние на металлическом заземленном основании.

Образование статического электричества в потоках возгораемых и горючих материалов

Разряд статического электричества представляет опасность в отраслях промышленности, где применяются горючие вещества, где маленькие электрические искры могут привести к взрыву. Движение мельчайших частиц пыли или жидкостей с малой электропроводностью в трубопроводах или их механическое перемешивание может вызвать образование статики. При статическом разряде в облаке пыли или паров возможен взрыв.

Взрываться могут зерновые элеваторы, лакокрасочные фабрики, участки производства стекловолокна, топливозаправочные колонки. Накапливание заряда в среде происходит при ее электрической проводимости менее 50 пС/м, при большей проводимости образующиеся заряды рекомбинируют (рекомбинация – процесс, обратный ионизации), и накапливания не происходит.

Наполнение больших трансформаторов трансформаторным маслом требует соблюдения предосторожностей, поскольку электростатические разряды внутри жидкости могут повредить изоляцию трансформатора.

Поскольку интенсивность образования зарядов тем выше, чем выше скорость течения жидкости и диаметр трубопровода, в трубопроводах диаметром более 200 мм скорость течения жидкости ограничивается стандартом. Так, скорость течения углеводородов с содержанием воды обычно ограничивается на уровне 1 м/с.

Образование зарядов ограничивается заземлением. При проводимости жидкости ниже 10 пС/м этой меры оказывается недостаточно, и к жидкости добавляются антистатические присадки.

Перекачивание топлива

Перекачивание горючих жидкостей наподобие бензина по трубопроводам может привести к образованию статического электричества, а разряд может привести к возгоранию паров топлива.

Подобные случаи происходили на автозаправках и в аэропортах при заправке самолетов керосином. Здесь также эффективно заземление и антистатические присадки. Течение газа в трубопроводах представляет опасность лишь при наличии в газе твердых частичек или капелек жидкости.

На космических аппаратах статическое электричество представляет большую опасность вследствие низкой влажности среды, и с этой опасностью придется считаться при осуществлении запланированных полетов на Луну и Марс. Пешие переходы по сухой поверхности могут вызвать образование огромных зарядов, могущих повредить электронные устройства.

Озонное растрескивание

Статические разряды в присутствии воздуха или кислорода вызывают образование озона. Озон повреждает резиновые детали, в частности, ведет к растрескиванию уплотнителей.

Энергия статического разряда

Высвободившаяся при статических разрядах энергия варьируется в широких пределах. Разряды энергией более 5000 мДж представляют опасность для человека. Один из стандартов предполагает, что предметы потребления не должны создавать разряд с энергией выше 350 мДж на человека. Максимальное напряжение ограничивается значением 35-40 кВ вследствие ограничивающего фактора – коронного разряда. Потенциал ниже 3000В обычно человеком не ощущается. Прохождение пешком 6 метров по полихлорвиниловому линолеуму при влажности воздуха 15% вызывает образование потенциала 12 кВ, в то время как при 80% влажности потенциал не превышает 1,5 кВ.

Искра возникает при энергии выше 0,2 мДж. Искру подобной энергии человек обычно не видит и не слышит. Чтобы произошел взрыв в водороде, достаточно искры с энергией 0,017 мДж, и до 2 мДж для паров углеводородов. Электронные компоненты повреждаются при энергии искры между 2 и 1000 нДж.

Применение статики

Статическое электричество широко используется в ксерографах, воздушных фильтрах, для окраски автомобилей, фотокопировальных устройствах, краскораспылителях, принтерах, и заправке топливом воздушных судов.

Каждый человек на земле сталкивался с природным явлением, когда при выходе из автомобиля он получает удар током. Или когда гладит кошку слышно потрескивание и ощущается покалывание кончиков пальцев. А в темноте видны светящиеся дорожки за руками. Такое явление получило название статическое электричество.

Оно возникает при накапливании заряда на поверхности предмета. Это происходит при нарушении внутриатомного или молекулярного равновесия.

В результате чего происходит потеря или приобретение электрона. Нарушается электронное равновесие и ионы приобретают положительный или отрицательный заряд.

Опыты со статическим электричеством известны каждому школьнику, когда показывали эксперимент с эбонитовой палочкой и кусочками бумаги.

Причины возникновения

Условия возникновения потенциала на предметах является сухость воздуха. При влажности воздуха 80% это природное явление не возникает.

• При соприкосновении одного предмета с другим. Потенциал возникает после их разъединения. Трение, намотка/размотка искусственных материалов, трение корпуса автомобилей о воздух и т. п.;
• В результате быстрого температурного перепада. Так, статическое электричество возникает на предметах при помещении их в нагретую печь;
• Радиационное и ультрафиолетовое излучение, рентгеновские Х- лучи, сильное электромагнитное и электрическое поле;
• Наведения — происходит возникновение электрического поля, вызванного зарядом. Потенциал возникает при обработке листовых или рулонных материалов. Явление возникает в момент разделения материала и поверхности. Такой эффект может произойти при перемещении одного слоя относительно другого. Этот процесс еще до конца не изучен. Его можно сравнить с разъединением обкладок конденсатора. В этом случае механическая энергия переходит в электрическую.

Способность предметов накапливать заряды оказывают отрицательное влияние на технику. Если не предпринимать никаких мер, то возможно повреждение и выход ее из строя.

Опасность явления

Особенно подвержены риску выхода из строя средства электроники и все механизмы, которые используют электронные блоки управления. На пожаро- и взрывоопасных производствах в результате разряда возникают искры.

Они могут привести к пожару или взрыву. Защита от статического электричества способна полностью исключить или существенно снизить риск возникновения аварийной ситуации. Основная опасность — возникновение электрического разряда.

Накапливанию заряда способствует сухость воздуха и железобетонные стены зданий и сооружений. Полярность заряда может быть как положительной, так и отрицательной.

При работающих устройствах, имеющих вращающийся шкив с приводными ремнями, заряд может достигать 25 000 вольт. При сухой погоде на корпусе автомобиля может скапливаться электростатическое электричество в 10 000 вольт.

А человек, который ходит по ковру в шерстяных ноках, способен накопить до 6 000 вольт. Даже в бытовых условиях напряжение статического электричества может достигать значительных значений.

Однако, существенного вреда человеку он причинить не способен, из-за недостаточной мощности. Ток, протекающий через человека, составляет всего долю миллиампера.

В природе такое явление может накапливать огромные значения и проявляется в разрядах молний. С выделением больших мощностей, которые способны произвести значительные разрушения.

Средства защиты в бытовых условиях

Для уменьшения воздействия на человека применяют систему защиты от вредного влияния статического напряжения.

В бытовых условиях самым эффективным средством является увеличение влажности воздуха с помощью увлажнителя воздуха. Что не только исключает возникновения напряжения на предметах.

Но и сокращает пылеобразование в помещении. Уменьшение статического напряжения и сокращение пыли в помещении полено для детей, страдающих аллергией.

Методы защиты на производственных предприятиях

Для обеспечения защиты от статического электричества на производстве применяют следующие методы:

• Разработка специальных методик технологического процесса, исключающих накапливания заряда на рабочем месте;
• В производственных помещениях создают микроклимат;
• При обработке спецодежды и полов в помещении применяют вещества с определенными физико-химическими свойствами, способными снимать напряжение с материалов.
• Это делается для обеспечения мероприятий по безопасности. Вред статического электричества на технологическое оборудование уменьшают с помощью «клетки Фарадея».

Она представляет собой кожух, выполненный из мелкоячеистой сетки, которую подсоединяют к заземлению. Таким же образом экранируют кабели, защищая их от вредного воздействия.

Виды разрядов

Различают несколько видов разряда:

• Искровой разряд. Возникновение искры между двумя объектами. Например, корпус оборудования и человек. Если мощность разряда будет высокой, то высока вероятность возгорания при наличии паров растворителя или бензина в воздухе;
• Кистевой разряд. Происходит при концентрации зарядов на острых углах оборудования с диэлектрическими свойствами. Он имеет меньшую энергию и не представляет такую опасность, как искровой разряд;
• Скользящий разряд. Возникает на листовых или рулонных материалах с высоким удельным сопротивлением. Это явление происходит в момент трения или распыления порошкового покрытия. Его можно сравнить с разрядом обыкновенного конденсатора. И сравним с искровым разрядом с одинаковыми последствиями.

Дополнительные меры предосторожности

Учитывая негативные последствия, на предприятиях применяют специальные меры, исключающие источники статического электричества. Производят обработку спецовки работников, позволяющую снимать статическое электричество, которая исключает возникновение искры от одежды.

Кроме создания условий, при которых уменьшается накопление зарядов, для защиты от статического электричества применяют мощные ионизаторы воздуха.

Такие приборы имеют неоспоримые преимущества. Улучшение аэроионного состава воздушной среды помещения. Что способствует уменьшению накопления зарядов на одежде обслуживающего персонала, синтетических ковровых покрытиях и оборудовании.

Применение в промышленности

Использование статического электричества в промышленности не нашло широкого применения. Чаще всего дальше лабораторных установок дело не шло. Поэтому все приборы использовались исключительно для демонстрации примеров статического электричества в природе.

В промышленных установках нашли применение коронные разряды. С их помощью происходит очищение воздушных смесей от примесей. Также созданы покрасочные установки, которые используют статическое напряжение. Что позволяет производить окраску сложных поверхностей с наименьшими потерями краски.

Воздействие на человека

С этим природным явлением мы встречаемся не только на предприятиях. Чаще всего наблюдается статическое электричество в быту.

При снятии одежды слышен треск и видны искры от разряда, а волосы на голове невозможно расчесать. Эти заряды отрицательно сказываются на состоянии людей. Влияние таких полей на здоровье человека и его иммунную систему полностью не выяснено.

Однако, можно сказать, что нахождение в квартире, где имеется статическое электричество, отрицательно воздействует на человека. Можно отметить основные нарушения:

• Возникают нарушения в центральной нервной системе, которые сопровождаются спазмами сосудов и повышенным артериальным давлением;
• Постоянные головные боли;
• Раздражительность и эмоциональная возбудимость;
• Появляются нарушения сна, и пропадает аппетит;
• Появляется фобия — боязнь получения разряда, который сопровождается болезненными ощущениями.

Поэтому очень важно знать методы защиты от статического электричества в быту. Для этого используются такие приемы, как заземление всех электроприборов.

Применение бытовых увлажнителей воздуха. Регулярно производить влажную уборку квартиры, желательно утром и вечером.

Для того чтобы обеспечить снятие статического электричества с синтетических тканей их обрабатывают антистатическими жидкостями. Каждый человек должен знать опасность долгого нахождения в поле и использовать средства защиты от статического электричества.