Cosa significa elettricità statica nella nostra vita. Tipi di elettricità statica

Le persone si trovano costantemente di fronte all'elettricità statica, o meglio alle sue manifestazioni (nel loro appartamento, in macchina, al lavoro, ecc.). Tuttavia, non molti di noi hanno pensato seriamente alla natura del suo verificarsi, proprietà fisiche, caratteristiche, mezzi di protezione contro l'elettricità statica. Questo articolo è dedicato a trovare risposte a queste domande.

Cos'è l'elettricità statica

Per una molecola o un atomo di qualsiasi sostanza, lo stato di equilibrio è normale, cioè il numero di particelle positive (protoni) e negative (elettroni) in un atomo è lo stesso. Ma gli elettroni di una sostanza possono facilmente (per materiali diversi in modi diversi) spostarsi da un atomo all'altro, formando così una carica positiva (elettrone mancante) o negativa (elettrone in eccesso) dell'atomo. È questo squilibrio di atomi e molecole che forma un campo elettrico statico. Tali campi sono instabili e si scaricano alla prima occasione.

GOST 17.1.018-79 “Elettricità statica. Intrinsecamente sicuro" interpreta il termine "elettricità statica" come la capacità delle cariche elettriche libere di formarsi, persistere e rilassarsi nel volume e sulla superficie di semiconduttori e dielettrici.
Un "compagno" obbligatorio di un campo statico è l'aria secca. Con un'umidità superiore all'80%, tali campi non si formano quasi mai. l'acqua è un ottimo conduttore e non permette l'accumulo di elettricità in eccesso sulla superficie dei materiali.

Sorgenti di un campo statico e le ragioni della sua generazione

Tutti ricordiamo dal corso di fisica della scuola l'esperienza con una bacchetta di ebanite, o un pettine di plastica e un pezzo di panno di lana. Dopo aver strofinato l'asta con un panno, è stato in grado di attirare su di sé pezzi di carta finemente tagliati.

L'attrito tra due superfici è la fonte più comune di un campo statico. Non è necessario strofinare i due materiali l'uno contro l'altro. Un campo statico può verificarsi con un singolo contatto, ad esempio, nel caso di avvolgimento/svolgimento di un nastro in tessuto.

Inoltre, le fonti di generazione di un campo statico possono essere:

• Bruschi sbalzi di temperatura;
• Alto livello di radiazioni.

Il campo statico può essere "autoacquisito" e "indotto", cioè ricevuto da un altro oggetto altamente elettrizzato senza contatto diretto con esso. Questo metodo di "elettrificazione forzata" è chiamato induzione.

Siamo tutti ben consapevoli del crepitio elettrico quando si tolgono gli indumenti esterni o della "scossa elettrica" ​​dalla carrozzeria dell'auto. Osserviamo e spesso sperimentiamo l'effetto delle scariche statiche quando pettiniamo i capelli, tagliamo la carta, versiamo benzina, ecc.

Un prerequisito per generare un campo elettrico statico è la presenza di campi magnetici. Pertanto, va affermato che gli addebiti gratuiti ci circondano costantemente. Ma questo non è abbastanza per una persona e utilizza attivamente un numero enorme di dispositivi elettrici diversi nella sua vita quotidiana e nel suo lavoro, aumentando così solo l '"intensità elettrica" ​​complessiva dell'ambiente.

Ambito di utilizzo

Dispositivi e dispositivi elettrostatici, il cui principio era basato sull'attrito, non potevano lasciare gli scaffali e le aule del laboratorio, dove vengono utilizzati principalmente come materiale dimostrativo.

Anche i tentativi di utilizzare campi statici per generare corrente elettrica non hanno avuto molto successo. Anche i generatori Van der Graaff e Felici, creati negli anni 30 e 40 del secolo scorso, non hanno trovato ampia applicazione, perché. questa attrezzatura era piuttosto ingombrante.

Inoltre, il loro funzionamento e la loro manutenzione erano molto costosi.

Molto utile in termini di applicazioni industriali, è stata la scoperta della scarica corona, ampiamente utilizzata in vari settori. In particolare, con il suo aiuto è possibile purificare i gas da varie impurità e applicare la vernice su una superficie di qualsiasi configurazione.

Problemi legati all'elettricità statica

Oggi si presta molta più attenzione ai problemi che sono diretta conseguenza dello stress elettrostatico accumulato. Scosse elettriche di varia portata possono colpire una persona, sia a casa che al lavoro.

Ad esempio, un maglione in tessuto sintetico, per effetto dello sfregamento con lo schienale di una sedia o con il materiale di un capospalla, è in grado di accumulare una scarica che si “farà sentire” quando viene tolta. Batte molto più forte quando tocca la carrozzeria dell'auto, che è elettrizzata dall'attrito contro l'aria.

Qualsiasi dispositivo elettrico, sia esso un robot da cucina, un laptop, un monitor di un computer o un aspirapolvere, porta necessariamente una carica elettrostatica, che "volontariamente" passa in una persona al contatto. Una tale "transizione" può o non può causare dolore, ma è decisamente dannosa per il corpo umano.

Gli scienziati hanno da tempo dimostrato che l'esposizione all'energia dell'elettricità statica è un pericolo per la salute umana, in particolare per il sistema cardiovascolare e nervoso centrale.

Protezione

Nel GOST precedentemente citato, vengono esaminati in dettaglio i metodi di protezione contro l'influenza dei campi statici, il più semplice dei quali è la messa a terra affidabile delle apparecchiature.

Cosa si può fare per proteggere i locali di una casa privata e dei locali industriali dai campi statici?

Video: come sbarazzarsi dell'elettricità statica.
https://www.youtube.com/watch?v=ls-hBlqJu9Y

Per proteggere le persone e le apparecchiature di alta precisione dagli effetti dell'elettricità statica, nella produzione vengono utilizzati schermi speciali e altri dispositivi elettromeccanici. Per sopprimere l'elettrificazione nei polimeri liquidi, vengono utilizzati additivi e solventi speciali. Ampiamente usato come protezione contro l'elettricità statica nella vita di tutti i giorni e nella produzione di vari agenti antistatici.

Si tratta di sostanze chimiche che hanno un basso peso molecolare, che consente alle loro molecole di muoversi facilmente e, inoltre, di reagire con l'umidità atmosferica. La combinazione di queste caratteristiche consente loro di disperdere i fuochi dei campi statici e rimuovere lo stress statico da una persona.

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Sottotitoli

Ciao. In questo episodio di TranslatorsCafe.com parleremo della carica elettrica. Vedremo esempi di elettricità statica e la storia del suo studio. Parleremo di come si formano i fulmini. Discuteremo anche dell'uso dell'elettricità statica in ingegneria e medicina e concluderemo la nostra storia con una descrizione dei principi per misurare la carica elettrica e la tensione e gli strumenti che vengono utilizzati per questo. Sorprendentemente, siamo esposti quotidianamente all'elettricità statica, quando accarezziamo il nostro amato gatto, ci pettiniamo i capelli o indossiamo un maglione sintetico. Quindi diventiamo inconsapevolmente generatori di elettricità statica. Ci facciamo letteralmente il bagno, perché viviamo in un forte campo elettrostatico della Terra. Questo campo nasce dal fatto che è circondato dalla ionosfera, lo strato superiore dell'atmosfera, lo strato che è conduttivo. La ionosfera si è formata sotto l'influenza della radiazione cosmica, principalmente dal Sole, e ha una propria carica. Mentre facciamo cose quotidiane come riscaldare il cibo, non pensiamo affatto che stiamo usando l'elettricità statica girando la valvola di alimentazione del gas su un bruciatore ad autoaccensione o avvicinandovi un accendino elettrico. La carica elettrica è una grandezza scalare che determina la capacità di un corpo di essere fonte di campi elettromagnetici e di prendere parte all'interazione elettromagnetica. L'unità di carica nel sistema SI è il pendente (C). 1 pendente è una carica elettrica che passa attraverso la sezione trasversale del conduttore con un'intensità di corrente di 1 A in un tempo di 1 s. 1 pendente equivale a circa 6.242×10^18 e (e è la carica del protone). La carica dell'elettrone è 1,6021892(46) 10^–19 C. Tale carica è chiamata carica elettrica elementare, cioè la carica minima posseduta dalle particelle elementari cariche. Fin dall'infanzia, abbiamo istintivamente paura del tuono, sebbene sia assolutamente sicuro di per sé: è semplicemente una conseguenza acustica di un formidabile fulmine, causato dall'elettricità statica atmosferica. I marinai dei tempi della flotta velica rimasero in soggezione, guardando le luci di Sant'Elmo sui loro alberi, che sono anche una manifestazione dell'elettricità statica atmosferica. Le persone hanno dotato gli dei supremi delle antiche religioni di un attributo inalienabile sotto forma di fulmine, che si tratti del greco Zeus, del romano Giove, dello scandinavo Thor o del russo Perun. Sono passati secoli da quando le persone hanno iniziato a interessarsi all'elettricità ea volte non sospettiamo nemmeno che gli scienziati, avendo tratto conclusioni profonde dallo studio dell'elettricità statica, ci stiano salvando dagli orrori di incendi ed esplosioni. Abbiamo domato l'elettrostatica puntando i parafulmini verso il cielo e dotando i camion di carburante di dispositivi di messa a terra che consentono alle cariche elettrostatiche di fuoriuscire in sicurezza nel terreno. E, tuttavia, l'elettricità statica continua a comportarsi male, interferendo con la ricezione dei segnali radio - dopotutto, sulla Terra infuriano fino a 2000 temporali contemporaneamente, che generano fino a 50 scariche di fulmini al secondo. Le persone studiano l'elettricità statica da tempo immemorabile. Dobbiamo persino il termine "elettrone" agli antichi greci, sebbene intendessero qualcosa di diverso con questo: è così che chiamavano ambra, che era perfettamente elettrizzata dall'attrito. Sfortunatamente, la scienza dell'elettricità statica non è stata priva di vittime: uno scienziato russo di origine tedesca, Georg Wilhelm Richmann, è stato ucciso durante un esperimento da una scarica di fulmini, che è la manifestazione più formidabile dell'elettricità statica atmosferica. In prima approssimazione, il meccanismo di formazione delle cariche di una nuvola temporalesca è per molti aspetti simile al meccanismo di elettrificazione di un pettine: in esso l'elettrificazione per attrito avviene esattamente allo stesso modo. Le particelle di ghiaccio, formate da piccole goccioline d'acqua, raffreddate a causa del trasferimento delle correnti d'aria ascendenti nella parte superiore e più fredda della nuvola, entrano in collisione tra loro. I pezzi di ghiaccio più grandi sono caricati negativamente, mentre quelli più piccoli sono caricati positivamente. A causa della differenza di peso, i banchi di ghiaccio vengono ridistribuiti nella nuvola: quelli grandi e più pesanti affondano sul fondo della nuvola e i banchi di ghiaccio più leggeri e più piccoli si raccolgono nella parte superiore della nuvola temporalesca. Sebbene l'intera nuvola nel suo insieme rimanga neutra, la parte inferiore della nuvola riceve una carica negativa, mentre la parte superiore riceve una carica positiva. Come un pettine elettrificato che attrae un pallone a causa dell'induzione di una carica opposta sul suo lato più vicino al pettine, una nuvola temporalesca induce una carica positiva sulla superficie della Terra. Man mano che la nuvola temporalesca si sviluppa, le cariche aumentano, mentre l'intensità del campo tra di loro aumenta e quando l'intensità del campo supera il valore critico per queste condizioni meteorologiche, si verifica un'interruzione elettrica dell'aria: una scarica di fulmini. L'umanità è in debito con Benjamin Franklin per l'invenzione di un parafulmine (più precisamente, si chiamerebbe parafulmine), che ha salvato per sempre la popolazione della Terra dagli incendi causati dai fulmini che entrano negli edifici. A proposito, Franklin non ha brevettato la sua invenzione, mettendola a disposizione di tutta l'umanità. I fulmini non hanno sempre portato solo distruzione: i minatori degli Urali hanno determinato l'ubicazione dei minerali di ferro e rame proprio dalla frequenza dei fulmini in determinati punti dell'area. Tra gli scienziati che hanno dedicato il loro tempo allo studio dei fenomeni dell'elettrostatica, è necessario citare l'inglese Michael Faraday, in seguito uno dei fondatori dell'elettrodinamica, e l'olandese Peter van Muschenbroek, l'inventore del prototipo del condensatore elettrico - il famoso vaso di Leida. Guardando le gare DTM, IndyCar o Formula 1, non sospettiamo nemmeno che i meccanici stiano chiamando i piloti per cambiare le gomme da pioggia, sulla base dei dati del radar meteorologico. E questi dati, a loro volta, si basano proprio sulle caratteristiche elettriche delle nuvole temporalesche in avvicinamento. L'elettricità elettrostatica è nostra amica e nemica allo stesso tempo: agli ingegneri radio non piace, tirando i braccialetti di messa a terra quando riparano i circuiti bruciati a causa di un fulmine nelle vicinanze. In questo caso, di norma, gli stadi di ingresso dell'apparecchiatura falliscono. Con apparecchiature di messa a terra difettose, può causare gravi disastri causati dall'uomo con conseguenze tragiche: incendi ed esplosioni di intere fabbriche. Tuttavia, l'elettricità statica viene in soccorso delle persone con insufficienza cardiaca acuta causata da contrazioni convulsive caotiche del cuore del paziente. Il suo normale funzionamento viene ripristinato facendo passare una piccola scarica elettrostatica utilizzando un dispositivo chiamato defibrillatore. Tali dispositivi possono essere visti in luoghi in cui ci sono molte persone. La scena del ritorno del paziente dall'altro mondo con l'ausilio di un defibrillatore è una specie di classico per un film di un certo genere. Va notato, tuttavia, che i film tradizionalmente mostrano un monitor senza segnale del battito cardiaco e una minacciosa linea retta, anche se in realtà l'uso di un defibrillatore, di regola, non aiuta se il cuore del paziente si è completamente fermato. Sarebbe utile ricordare la necessità della metallizzazione degli aeromobili per la protezione dall'elettricità statica, ovvero il collegamento di tutte le parti metalliche dell'aeromobile, compreso il motore, in un'unica struttura elettricamente integrale. All'estremità dell'intera coda dell'aeromobile sono installati scaricatori statici per drenare l'elettricità statica che si accumula durante il volo a causa dell'attrito dell'aria contro il corpo dell'aeromobile. Queste misure sono necessarie per proteggere dalle interferenze causate dalla scarica di elettricità statica e per garantire il funzionamento affidabile delle apparecchiature elettroniche di bordo. E, cosa più importante, gli scienziati sono giunti alla conclusione che probabilmente dobbiamo l'apparizione della vita sulla Terra all'elettricità statica, o meglio alle sue scariche sotto forma di fulmini. Nel corso di esperimenti a metà del secolo scorso, con il passaggio di scariche elettriche attraverso una miscela di gas, vicina per composizione gassosa alla composizione primaria dell'atmosfera terrestre, si ottenne uno degli amminoacidi, che è il " mattone" della nostra vita. Per domare l'elettrostatica, è molto importante conoscere la differenza di potenziale o tensione elettrica, per la misurazione di cui sono stati inventati strumenti chiamati voltmetri. Lo scienziato italiano del XIX secolo Alessandro Volta ha introdotto il concetto di tensione elettrica, da cui prende il nome questa unità. Un tempo venivano usati i galvanometri per misurare la tensione elettrostatica, dal nome del connazionale di Volta Luigi Galvani. Purtroppo questi dispositivi erano di tipo elettrodinamico e introducevano distorsioni nelle misure. Gli scienziati hanno iniziato a studiare sistematicamente la natura dell'elettrostatica dal tempo del lavoro dello scienziato francese del XVIII secolo Charles Augustin de Coulomb. In particolare introdusse il concetto di carica elettrica e scoprì la legge di interazione delle cariche. Da lui prende il nome l'unità di misura della quantità di elettricità, il coulomb. È vero, per motivi di giustizia storica, va notato che anni prima lo scienziato inglese Lord Henry Cavendish era impegnato in questo; purtroppo scrisse al tavolo e le sue opere furono pubblicate dagli eredi solo 100 anni dopo. Il lavoro dei predecessori dedicati alle leggi delle interazioni elettriche ha permesso ai fisici George Green, Carl Friedrich Gauss e Simeon Denis Poisson di creare una teoria matematicamente elegante che usiamo ancora oggi. Il principio principale dell'elettrostatica è il postulato di un elettrone, una particella elementare che fa parte di qualsiasi atomo e si separa facilmente da esso sotto l'influenza di forze esterne. Inoltre, ci sono postulati sulla repulsione di cariche simili e sull'attrazione di cariche diverse. Il primo dispositivo di misurazione è stato il più semplice elettroscopio inventato da Coulomb: due fogli di lamina elettricamente conduttiva posti in un contenitore di vetro. Da allora, gli strumenti di misura si sono evoluti in modo significativo e ora possono misurare la differenza in unità di nanocoulomb. Con l'aiuto di strumenti fisici estremamente precisi, lo scienziato russo Abram Ioffe e il fisico americano Robert Andrews Milliken, indipendentemente l'uno dall'altro e quasi contemporaneamente, sono riusciti a misurare la carica elettrica dell'elettrone. Al giorno d'oggi, con lo sviluppo delle tecnologie digitali, sono comparsi dispositivi ultrasensibili e ad alta precisione con caratteristiche uniche che, a causa dell'elevata resistenza di ingresso, quasi non introducono distorsioni nelle misurazioni. Oltre a misurare la tensione, tali dispositivi consentono di misurare altre importanti caratteristiche dei circuiti elettrici, come la resistenza ohmica e il flusso di corrente in un ampio intervallo di misurazione. Gli strumenti più avanzati, chiamati multimetri o, in gergo professionale, tester, per la loro versatilità, possono anche misurare la frequenza AC, la capacità del condensatore e testare i transistor e persino misurare la temperatura. Di norma, i dispositivi moderni dispongono di una protezione integrata che non consente di danneggiare il dispositivo se utilizzato in modo errato. Sono compatti, maneggevoli e sicuri da usare: ognuno passa attraverso una serie di test di precisione, test per impieghi gravosi e merita una certificazione di sicurezza. Grazie per l'attenzione! Se ti è piaciuto questo video, non dimenticare di iscriverti al nostro canale!

Origine

L'elettrificazione dei dielettrici per attrito può verificarsi quando due sostanze dissimili entrano in contatto a causa della differenza nelle forze atomiche e molecolari (a causa della differenza nel lavoro dell'elettrone emesso dai materiali). In questo caso la ridistribuzione degli elettroni (nei liquidi e nei gas anche gli ioni) avviene con la formazione di strati elettrici di segno uguale di cariche elettriche sulle superfici a contatto. Infatti, atomi e molecole di una sostanza, che hanno un'attrazione più forte, strappano elettroni da un'altra sostanza, creando un moto vorticoso degli ioni del mezzo in cui sono racchiusi.

Si possono formare scariche elettriche a causa di una certa conduttività elettrica dell'aria umida. Quando l'umidità dell'aria è superiore all'85%, l'elettricità statica praticamente non si verifica.

L'elettricità statica è intesa come un insieme di fenomeni associati all'emergere e al rilassamento di una carica elettrica libera sulla superficie, o nel volume dei dielettrici o sui conduttori isolati.

La formazione e l'accumulo di cariche sul materiale lavorato è associata a due condizioni. Innanzitutto, deve avvenire il contatto delle superfici, a seguito del quale si forma un doppio strato elettrico. In secondo luogo, almeno una delle superfici di contatto deve essere costituita da un materiale dielettrico. Le cariche rimarranno in superficie dopo la loro separazione solo se il tempo di distruzione del contatto è inferiore al tempo di rilassamento della carica. Quest'ultimo, in larga misura, determina l'entità delle cariche sulle superfici separate.

Un doppio strato elettrico è una distribuzione spaziale delle cariche elettriche ai confini del contatto tra due fasi. Tale distribuzione di cariche si osserva all'interfaccia metallo-metallo, metallo-vuoto, metallo-gas, metallo-semiconduttore, metallo-dielettrico, dielettrico-dielettrico, liquido-solido, liquido-liquido, liquido-gas.

Il valore principale che caratterizza la capacità di elettrificare è resistività elettrica delle superfici materiali contattati. Se le superfici di contatto sono Basso resistenza, quindi una volta separate, le cariche si scaricano da esse e le superfici separate portano una carica insignificante. Se la resistenza è elevata o la velocità di separazione delle superfici è elevata, allora le cariche saranno conservate.

Di conseguenza, i principali fattori che influenzano l'elettrizzazione delle sostanze sono i loro parametri elettrofisici e la velocità di separazione.

Si accetta condizionatamente che quando la resistenza elettrica specifica dei materiali è inferiore a 10 5 Ohm m, le cariche non vengono immagazzinate ei materiali non vengono elettrificati.

È stato stabilito sperimentalmente che quando due dielettrici entrano in contatto (attrito), quello che ha una costante dielettrica più alta si carica positivamente, mentre un materiale con una costante dielettrica più bassa si carica negativamente.

Sotto le scariche di elettricità statica si intendono i processi di equalizzazione delle cariche tra singoli solidi portatori di cariche elettrostatiche differenti. Di solito sono accompagnati da fenomeni di scorrimento, corona, scariche di scintille. Le scintille possono incendiare gas o vapori infiammabili, o innescare miscele esplosive, ei campi elettromagnetici generati dalle scariche possono danneggiare i componenti elettronici, disabilitare o compromettere le funzioni delle apparecchiature elettroniche.

Le cariche statiche che causano effetti pericolosi possono essere generate in vari modi. Tuttavia, nella fabbricazione e nell'uso di elementi e dispositivi elettronici, sono essenziali due meccanismi di elettrizzazione: per induzione e per attrito.

Le correnti di carica vanno da centinaia di picoampere a diversi microampere e le cariche elettrostatiche vanno da 3 nC a 5 μC. La differenza di potenziale elettrostatico tra i corpi è determinata dopo la fine del processo di carica dal rapporto della carica acquisita Q al serbatoio C AB corpi tra loro:

U AB =Q/C AB .

Riso. 3.11 illustra l'influenza dei materiali utilizzati, nonché dell'umidità relativa dell'aria, sulla quantità di tensione ottenibile con l'elettrificazione.

Tabella 3.1. Valori approssimativi delle tensioni delle cariche statiche con un'umidità relativa del 24% e una temperatura di 21 0 С

Parti, elementi e dispositivi elettronici devono essere maneggiati con particolare cura per evitare danni dovuti a fenomeni elettrostatici.

Di particolare importanza quando si maneggiano dispositivi elettronici è la possibile carica elettrostatica del corpo umano, che si deposita su circuiti di commutazione, circuiti stampati, controlli, custodie degli strumenti durante il trasporto, l'installazione, il collaudo, il funzionamento, la riparazione e l'assistenza. Il corpo umano ha una capacità relativa al terreno pF. Se una persona cammina su un pavimento in erba sintetica, questo serbatoio può essere caricato fino a circa U max=15 kV di energia immagazzinata

Quando una persona si avvicina a una custodia messa a terra di un dispositivo elettronico, si verificherà una scarica di scintille e poiché la condizione è generalmente soddisfatta

quindi avrà luogo un processo aperiodico.

L'impatto più forte delle scariche di elettricità statica si ha quando si ha in mano un oggetto metallico (chiave, cacciavite, braccialetti conduttivi, ecc.). In questo caso la pendenza della corrente, che determina le tensioni di disturbo indotte, può raggiungere i 100 A/ns.

Sono inoltre presenti scariche di elettricità statica nelle sale computer, sale controllo, sale prove da oggetti in movimento (poltrone, carrelli portastrumenti, scaffali con carta stampata, aspirapolvere) alle custodie di dispositivi elettronici quando vengono accidentalmente toccati.

Ogni scarica di elettricità statica è accompagnata da campi elettrici e magnetici.

In questo caso, nelle immediate vicinanze della scarica, si crea un campo elettrico di 4 kV/m a una distanza fino a 10 cm e 1 kV/m a una distanza di 20 cm, allo stesso modo il campo magnetico è di 15 A / m ad una distanza di 10 cm e 4 A / m ad una distanza di 20 cm.

Durante la scarica di elettricità statica, si osservano più spesso guasti nel funzionamento di nodi digitali ad alta velocità, nonché elementi di interfaccia digitale. Quando si applica a connettori, tastiere, elementi di visualizzazione, ecc. possibili danni fisici agli elementi dell'interfaccia.

Particolarmente pericoloso è l'impatto delle scariche di elettricità statica sui componenti dell'apparecchiatura non protetti. Pertanto, durante qualsiasi lavoro di riparazione e regolazione, è necessario rispettare i requisiti di sicurezza elettrostatica. Quando si assemblano attrezzature in modo professionale, vengono utilizzati rivestimenti antistatici, ecc. In condizioni operative, questi requisiti non possono sempre essere soddisfatti. Tuttavia, vale comunque la pena osservare le precauzioni minime: ad esempio, prima di toccare i nodi dell'apparecchiatura, è necessario toccare le strutture metalliche messe a terra, che consentiranno di rimuovere la carica in eccesso.

Uno squilibrio tra le cariche elettriche all'interno di un materiale o sulla sua superficie è il verificarsi di elettricità statica. La carica viene trattenuta fino a quando non viene rimossa dal flusso di una corrente elettrica o scarica. L'elettricità statica si verifica quando due superfici entrano in contatto e si separano e almeno una delle superfici è un dielettrico, un materiale non conduttivo. La maggior parte delle persone ha familiarità con l'elettricità statica, perché ha visto scintille al momento di neutralizzare la carica in eccesso, ha sentito la scarica su se stessa e ha sentito lo schianto che l'accompagnava.

Cause dell'elettricità statica

Le sostanze sono composte da atomi, che nel loro stato normale sono elettricamente neutri, poiché contengono un numero uguale di cariche positive (protoni del nucleo) e cariche negative (elettroni dei gusci atomici). L'elettricità statica è la separazione delle cariche positive e negative. Quando due materiali entrano in contatto, gli elettroni possono trasferirsi da un materiale all'altro, determinando un eccesso di cariche positive su un materiale e un uguale eccesso di carica negativa sull'altro materiale. Durante la separazione dei materiali, viene preservato lo squilibrio di cariche risultante.

A contatto, i materiali possono scambiare elettroni; i materiali che trattengono debolmente gli elettroni tendono a perderli, mentre i materiali in cui i gusci esterni degli atomi non sono completamente riempiti tendono a catturare elettroni. Questo effetto è chiamato triboelettrico e fa sì che un materiale venga caricato positivamente e l'altro negativamente. La polarità e l'entità della carica nella separazione dei materiali dipende dalla posizione relativa del materiale nella serie triboelettrica.

I materiali sono disposti in fila, di cui un'estremità è positiva e l'altra è negativa. Quando una coppia di materiali viene sfregata, il materiale più vicino all'estremità positiva della riga si carica positivamente, mentre l'altro materiale si carica negativamente. Non esiste una singola serie triboelettrica (simile a una serie di tensioni metalliche), così come non esiste una teoria unificata dell'elettrificazione. Di solito, i materiali con una costante dielettrica più elevata si trovano più vicini all'estremità positiva della serie.

L'ordine dei materiali nella serie triboelettrica può essere interrotto. Quindi in una coppia di seta-stele, il vetro è negativo, in una coppia di vetro-zinco, lo zinco è negativo, e in una coppia di zinco-seta, non zinco, come ci si aspetterebbe, ma la seta è caricata negativamente. Questa mancanza di ordine è chiamata anello triboelettrico.

L'effetto triboelettrico è la causa principale dell'elettricità statica nella vita di tutti i giorni, con l'attrito reciproco di vari materiali. Ad esempio, se strofini un palloncino contro i tuoi capelli, si carica negativamente e può essere attratto da fonti caricate positivamente sul muro, attaccandosi ad esso e violando le leggi di gravità.

avvertimento escarica statica

Prevenire l'accumulo di elettricità statica è semplice come aprire una finestra o accendere un umidificatore. Un aumento del contenuto di umidità nell'aria porterà ad un aumento della sua conducibilità elettrica, un effetto simile può essere ottenuto mediante ionizzazione dell'aria.

Gli oggetti particolarmente sensibili alle scariche statiche possono essere protetti applicando un agente antistatico.

Particolarmente sensibili alle scariche di elettricità statica sono i componenti semiconduttori dei dispositivi elettronici. I sacchetti conduttivi antistatici sono comunemente usati per proteggere questi dispositivi. Le persone che lavorano con circuiti semiconduttori spesso si mettono a terra con cinturini da polso antistatici. Per evitare la formazione di cariche elettrostatiche a contatto con il pavimento (ad esempio negli ospedali), è possibile indossare scarpe antistatiche con suole conduttive.

Scarico

Una scintilla è una scarica di elettricità statica quando una carica in eccesso viene neutralizzata da un flusso di cariche da o verso l'ambiente. Lo shock elettrico è causato dall'irritazione dei nervi quando una corrente neutralizzante scorre attraverso il corpo umano. L'energia statica immagazzinata dipende dalle dimensioni dell'oggetto, dalla capacità, dalla tensione a cui è caricato e dalla costante dielettrica dell'ambiente.

Per simulare l'effetto della scarica statica su dispositivi elettronici sensibili, il corpo umano è rappresentato come una capacità elettrica di 100 pF caricata a una tensione da 4 a 35 kV. Quando un oggetto viene toccato, questa energia viene scaricata in meno di un microsecondo. Sebbene l'energia di scarica totale sia piccola, dell'ordine di millijoule, può danneggiare dispositivi elettronici sensibili. Gli oggetti più grandi immagazzinano più energia, che rappresenta un pericolo per le persone a contatto, o accendono gas combustibili o polvere con una scintilla.

Fulmine

Il fulmine è un esempio di scarica statica di elettricità atmosferica risultante dal contatto di particelle di ghiaccio nelle nuvole temporalesche. Solitamente, scariche significative possono accumularsi solo in zone a bassa conduttività elettrica. La scarica avviene solitamente ad una tensione di campo dell'ordine di 10 kV/cm, a seconda dell'umidità. La scarica surriscalda l'aria circostante con la formazione di un lampo luminoso e un crepitio. Il fulmine è solo una versione in scala di una scintilla di elettricità statica. Il flash si verifica a causa del riscaldamento dell'aria nel canale di scarico a una temperatura così elevata che inizia a emettere luce, come qualsiasi corpo caldo. Thunderclap: le conseguenze dell'espansione esplosiva dell'aria.

Componenti elettronici

Molti semiconduttori nei dispositivi elettronici sono molto sensibili alla presenza di elettricità statica e possono essere danneggiati dalle scariche. Quando si maneggiano nanodispositivi, è obbligatorio indossare un cinturino da polso antistatico. Un'altra precauzione è togliere le scarpe con suole di gomma spesse e stare sempre su una base di metallo collegata a terra.

Generazione di elettricità statica in flussi di materiali infiammabili e combustibili

La scarica di elettricità statica è un pericolo nelle industrie che utilizzano sostanze infiammabili, dove piccole scintille elettriche possono provocare un'esplosione. Il movimento di minuscole particelle di polvere o liquidi a bassa conducibilità elettrica nelle tubazioni o la loro miscelazione meccanica può causare la formazione di elettricità statica. Una scarica statica in una nuvola di polvere o vapore può causare un'esplosione.

Gli elevatori del grano, le fabbriche di vernici, i siti di produzione della fibra di vetro, le pompe del carburante possono esplodere. L'accumulo di carica in un mezzo si verifica quando la sua conduttività elettrica è inferiore a 50 pS/m; a conducibilità più elevata, le cariche risultanti si ricombinano (la ricombinazione è un processo che è l'inverso della ionizzazione) e l'accumulo non si verifica.

Il riempimento di grandi trasformatori con olio per trasformatori richiede attenzione, poiché le scariche elettrostatiche all'interno del liquido possono danneggiare l'isolamento del trasformatore.

Poiché l'intensità della formazione di cariche è maggiore, maggiore è la portata del fluido e il diametro della tubazione, nelle tubazioni con un diametro superiore a 200 mm, la portata del fluido è limitata dalla norma. Pertanto, la velocità di flusso degli idrocarburi con contenuto d'acqua è solitamente limitata a 1 m/s.

La formazione di cariche è limitata alla messa a terra. Quando la conducibilità del liquido è inferiore a 10 pS/m, questa misura non è sufficiente e al liquido vengono aggiunti additivi antistatici.

Trasferimento carburante

Il pompaggio di liquidi infiammabili come la benzina attraverso le tubazioni può generare elettricità statica e lo scarico può incendiare i vapori del carburante.

Casi simili si sono verificati nelle stazioni di servizio e negli aeroporti durante il rifornimento di carburante agli aerei con cherosene. Anche gli additivi di messa a terra e antistatici sono efficaci qui. Il flusso di gas nelle tubazioni è pericoloso solo se nel gas sono presenti particelle solide o goccioline liquide.

Sui veicoli spaziali, l'elettricità statica è un grande pericolo a causa della bassa umidità dell'ambiente e questo pericolo dovrà essere preso in considerazione quando si effettuano voli pianificati verso la Luna e Marte. Camminare su superfici asciutte può generare enormi cariche che possono danneggiare i dispositivi elettronici.

Cracking dell'ozono

Le scariche statiche in presenza di aria o ossigeno provocano la formazione di ozono. L'ozono danneggia le parti in gomma, in particolare, porta alla rottura delle guarnizioni.

Energia statica

L'energia rilasciata durante le scariche statiche varia notevolmente. Le scariche con un'energia superiore a 5000 mJ sono pericolose per l'uomo. Uno degli standard suggerisce che le merci non dovrebbero creare una scarica con un'energia superiore a 350 mJ per persona. La tensione massima è limitata a 35-40 kV a causa del fattore limitante - scarica corona. Un potenziale inferiore a 3000 V di solito non viene percepito da una persona. Camminare per 6 metri su PVC linoleum con un'umidità dell'aria del 15% provoca la formazione di un potenziale di 12 kV, mentre con un'umidità dell'80% il potenziale non supera 1,5 kV.

Una scintilla si verifica a energie superiori a 0,2 mJ. Una persona di solito non vede o sente una scintilla di tale energia. Affinché si verifichi un'esplosione nell'idrogeno, è sufficiente una scintilla con un'energia di 0,017 mJ e fino a 2 mJ per i vapori di idrocarburi. I componenti elettronici vengono danneggiati a energie della scintilla comprese tra 2 e 1000 nJ.

Applicazione statica

L'elettricità statica è ampiamente utilizzata in xerografi, filtri dell'aria, vernice per auto, fotocopiatrici, spruzzatori di vernice, stampanti e rifornimento di carburante per aerei.

Ogni persona sulla terra ha riscontrato un fenomeno naturale quando, uscendo dall'auto, riceve una scossa elettrica. O quando si accarezza un gatto, si sente uno scoppiettio e si avverte un formicolio alla punta delle dita. E nell'oscurità sono visibili percorsi luminosi dietro le mani. Questo fenomeno è chiamato elettricità statica.

Si verifica quando una carica si accumula sulla superficie di un oggetto. Ciò si verifica quando l'equilibrio intraatomico o molecolare è disturbato.

Di conseguenza, si verifica la perdita o l'acquisizione di un elettrone. L'equilibrio elettronico è disturbato e gli ioni acquistano una carica positiva o negativa.

Gli esperimenti con l'elettricità statica sono noti a tutti gli scolari quando hanno mostrato un esperimento con un bastoncino di ebanite e pezzi di carta.

Cause

Le condizioni per l'emergere del potenziale sugli oggetti è la secchezza dell'aria. All'80% di umidità, questo fenomeno naturale non si verifica.

• Quando un oggetto tocca un altro. Il potenziale sorge dopo la loro separazione. Attrito, avvolgimento/svolgimento di materiali artificiali, attrito della carrozzeria contro l'aria, ecc.;
• Come risultato del rapido cambiamento di temperatura. Quindi, l'elettricità statica si genera sugli oggetti quando vengono posti in un forno riscaldato;
• Radiazioni e radiazioni ultraviolette, raggi X Raggi X, forte campo elettromagnetico ed elettrico;
• Guida - c'è un campo elettrico causato da una carica. Il potenziale si presenta durante la lavorazione di fogli o materiali in rotolo. Il fenomeno si verifica al momento della separazione del materiale e della superficie. Questo effetto può verificarsi quando si sposta un livello rispetto a un altro. Questo processo non è ancora del tutto compreso. Può essere paragonato alla separazione delle armature di un condensatore. In questo caso, l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica.

La capacità degli oggetti di accumulare cariche ha un effetto negativo sui veicoli. Se non si adottano misure, potrebbero verificarsi danni e guasti.

La pericolosità del fenomeno

Particolarmente a rischio di guasto sono l'elettronica e tutti i meccanismi che utilizzano centraline elettroniche. Nelle industrie a rischio di incendio ed esplosione, si verificano scintille a seguito della scarica.

Potrebbero causare un incendio o un'esplosione. La protezione contro l'elettricità statica può eliminare completamente o ridurre significativamente il rischio di emergenza. Il pericolo principale è il verificarsi di una scarica elettrica.

L'accumulo di carica è facilitato dall'aria secca e dalle pareti in cemento armato di edifici e strutture. La polarità della carica può essere positiva o negativa.

Con dispositivi funzionanti dotati di puleggia rotante con cinghie di trasmissione, la carica può raggiungere i 25.000 volt. Con tempo asciutto, sulla carrozzeria di un'auto può accumularsi elettricità elettrostatica di 10.000 volt.

E una persona che cammina su un tappeto con calzini di lana è in grado di accumulare fino a 6.000 volt. Anche in condizioni domestiche, la tensione dell'elettricità statica può raggiungere valori significativi.

Tuttavia, non è in grado di causare danni significativi a una persona, a causa della potenza insufficiente. La corrente che scorre attraverso una persona è solo una frazione di milliampere.

In natura, un tale fenomeno può accumulare valori enormi e manifestarsi in scariche di fulmini. Con il rilascio di grandi capacità in grado di produrre una distruzione significativa.

Mezzi di protezione nell'ambiente domestico

Per ridurre l'impatto sull'uomo, viene utilizzato un sistema di protezione contro gli effetti dannosi della tensione statica.

In condizioni domestiche, il mezzo più efficace è aumentare l'umidità dell'aria con l'aiuto di un umidificatore. Ciò non solo elimina il verificarsi di stress sugli oggetti.

Ma riduce anche la formazione di polvere nella stanza. Ridurre l'elettricità statica e ridurre la polvere nella stanza è un registro per i bambini con allergie.

Metodi di protezione nelle imprese manifatturiere

Per garantire la protezione contro l'elettricità statica nella produzione, vengono utilizzati i seguenti metodi:

• Sviluppo di metodi speciali del processo tecnologico, escluso l'accumulo di carica sul posto di lavoro;
• Nei locali industriali creano un microclima;
• Durante la lavorazione di tute e pavimenti nella stanza, vengono utilizzate sostanze con determinate proprietà fisiche e chimiche che possono alleviare lo stress dei materiali.
• Questo viene fatto per garantire le misure di sicurezza. Il danno dell'elettricità statica alle apparecchiature di processo viene ridotto con l'aiuto di una "gabbia di Faraday".

È un involucro in maglia fine, che è collegato a terra. Allo stesso modo, i cavi sono schermati, proteggendoli da effetti dannosi.

Tipi di scarichi

Esistono diversi tipi di scarico:

• Scarica di scintille. Il verificarsi di una scintilla tra due oggetti. Ad esempio, un corpo di attrezzature e una persona. Se la potenza di scarica è elevata, esiste un'alta probabilità di accensione in presenza di solventi o vapori di benzina nell'aria;
• Scarico a pennello. Si verifica quando le cariche sono concentrate negli angoli acuti di apparecchiature con proprietà dielettriche. Ha meno energia e non rappresenta un pericolo come una scarica di scintille;
• Scarico scorrevole. Si verifica su materiali in fogli o rotoli con elevata resistività. Questo fenomeno si verifica al momento dell'attrito o della spruzzatura della verniciatura a polvere. Può essere paragonato alla scarica di un normale condensatore. E confronta con una scarica di scintille con le stesse conseguenze.

Ulteriori precauzioni

Considerando le conseguenze negative, le imprese applicano misure speciali che escludono le fonti di elettricità statica. Le tute dei lavoratori vengono lavorate per rimuovere l'elettricità statica, che elimina il verificarsi di scintille dai vestiti.

Oltre a creare condizioni in cui l'accumulo di cariche viene ridotto, vengono utilizzati potenti ionizzatori d'aria per proteggere dall'elettricità statica.

Tali dispositivi hanno innegabili vantaggi. Migliorare la composizione aeroionica dell'aria interna. Ciò contribuisce a ridurre l'accumulo di oneri sull'abbigliamento del personale di servizio, sui tappeti sintetici e sulle attrezzature.

Applicazione nell'industria

L'uso dell'elettricità statica nell'industria non ha trovato ampia applicazione. Molto spesso, le cose non andavano oltre le installazioni di laboratorio. Pertanto, tutti gli strumenti sono stati utilizzati esclusivamente per dimostrare esempi di elettricità statica in natura.

Gli scarichi a corona hanno trovato applicazione negli impianti industriali. Con il loro aiuto, le miscele d'aria vengono purificate dalle impurità. Sono state realizzate anche installazioni di verniciatura che utilizzano elettricità statica. Ciò consente di verniciare superfici complesse con la minima perdita di vernice.

Impatto umano

Incontriamo questo fenomeno naturale non solo nelle imprese. Molto spesso, l'elettricità statica si osserva nella vita di tutti i giorni.

Quando si rimuovono i vestiti, si sente un crepitio e sono visibili scintille dallo scarico e i capelli sulla testa non possono essere pettinati. Queste accuse incidono negativamente sulla condizione delle persone. L'effetto di tali campi sulla salute umana e sul sistema immunitario non è stato completamente chiarito.

Tuttavia, si può dire che trovarsi in un appartamento dove c'è elettricità statica ha un effetto negativo su una persona. Le principali violazioni possono essere notate:

• Ci sono disturbi nel sistema nervoso centrale, che sono accompagnati da vasospasmo e ipertensione;
• Mal di testa persistenti;
• Irritabilità ed eccitabilità emotiva;
• Compaiono disturbi del sonno e l'appetito scompare;
• Appare una fobia: la paura di ricevere una scarica, che è accompagnata da sensazioni dolorose.

Pertanto, è molto importante conoscere i metodi di protezione contro l'elettricità statica nella vita di tutti i giorni. Per questo vengono utilizzate tecniche come la messa a terra di tutti gli apparecchi elettrici.

Uso di umidificatori domestici. Effettuare regolarmente la pulizia a umido dell'appartamento, preferibilmente al mattino e alla sera.

Per garantire la rimozione dell'elettricità statica dai tessuti sintetici, vengono trattati con liquidi antistatici. Tutti dovrebbero essere consapevoli dei pericoli di essere sul campo per lungo tempo e utilizzare dispositivi di protezione ESD.