Виды статического электричества. Возникновение и удаление статики

Каждый из нас знаком с электростатическим электричеством. Типичным примером стати ческого электричества будет снятие одежды в темной комнате, в таких случаях можно видеть явление схожее даже с разрывом небольшой молнии. Статическое электричество широко распространено в обыденной жизни. Если, например, на полу лежит ковер из шерсти, то при трении об него человеческое тело может получить электрический заряд минус, а ковер получит заряд плюс. Другим примером может служить электризация пластиковой расчески, которая после причесывания получает минус заряд, а волосы получают плюс заряд. Накопителем минус-заряда нередко являются полиэтиленовые пакеты, полистироловый пенопласт. Сегодня мы поговорим о том, какие угрозы для здоровья может представлять собой электростатическое электричество и как простыми способами избежать этого. Забавно, но люди научились защищать от вредного воздействия статического электричества здания, промышленную технику, бытовые приборы и даже специальный аэрозоль, чтобы к о дежде ничего не липло (антистатик). Позаботились обо всем, кроме своего здоровья.

Немного теории.

Откуда берется электростатическое электричество? Причиной явления становится трение или же соприкосновение двух разнородных веществ диэлектриков. В этом случае атомы одного из веществ отрывают электроны другого. Между двумя телами возникает разность потенциалов. После того как тела разъединятся, каждое сохранит свой заряд, а разность потенциалов.

Электростатические заряды генерируются, в основном, при разделении различных материалов. Например, при отслаивании пленки, смешивании не проводящих ток жидкостей или при хождении по полу с изолирующим покрытием, таким, как покрытие PVC (ПХВ), ковровое или ламинатное (тонкослойное) покрытие. Электростатические поля нельзя осознанно ощутить органами чувств. То, что мы можем почувствовать, представляет собой либо сильное электрическое поле, либо электрический импульс разряда. В таком случае, однако, он по величине не больше электростатического заряда.

Человек-генератор.

Способностью накапливать положительные заряды характеризуются все части тела человека, начиная с кожи и волос. Возникновение статического заряда становится возможным при любом контакте с полимером. Чаще всего оно возникает в результате трения, в сутки ты совершаешь миллионы телодвижений, именно поэтому ты являешься отличным генератором статического электричества. И чем больше на тебе синтетических вещей, тем большие яркие «карманные молнии» ты можешь метать.

Трибоэлектрический заряд.

Примерами могут послужить самые элементарные вещи: ходьба является одним из самых больших источников трибоэлектрического заряда. При ходьбе происходит контакт подошвы обуви с напольным покрытием, а затем их последующее разделение. При этом данное действие происходит многократно. Человеческое тело является хорошим проводником, что позволяет ему проводить и накапливать заряды, образующиеся в ходе разделения двух материалов. Еще одним примером могут служить конвейерные ленты, приводные ремни и другие движущиеся части механизмов и машин, которые становятся источником трибоэлектрического заряда.

Количество сгенерированного заряда зависит от типа материалов, окружающей среды и скорости разделения материалов. Такие материалы, как пластики, генерируют статическое электричество во много раз интенсивнее, чем проводящие материалы. Хорошим примером является такой изоляционный материал как скотч-лента, изготовленная из пластика. Обратите внимание, что грязь стремится к пластиковой ленте, всякий раз, когда происходит ее отделение от рулона. Это вызвано тем, что на ленте генерируется статический заряд во время разделения материалов. При помощи заряженной ленты может быть приподнят кусочек бумаги.

Новые материалы в нашем окружении.

Наши далекие предки вели тяжелую жизнь. Жили в пещерах, кутались в звериные шкуры и, уходя на охоту, не знали, удастся ли что-нибудь добыть. Статического электричества на них практически не было, так как люди находились в постоянном контакте с землей.

Время шло, человечество все больше изолировало себя от почвы, начав носить одежду и обувь. Правда, шили их все-таки из натурального сырья. А кроме того, люди «заземлялись», когда мокли во время дождя. Однако человечество развивалось и придумало зонтик. Следом — резину, а затем синтетические материалы.

Так началась эра статического электричества. Непроводящие электричество синтетика и резина стали одеждой и обувью человека. Они также стали входить в состав стен, напольных покрытий, мебели. Мало того, что одежда из этих материалов мешает «стекать» с тела человека статическому электричеству, она при каждом движении еще и вырабатывает дополнительную порцию электричества. В итоге человек становится похож на генератор.

Прямое негативное влияние электростатического электричества на здоровье.

Статическое электричество в быту не формирует мощных зарядов, однако может вызывать некоторые неприятности со здоровьем. Длительное воздействие энергии статического электричества представляет некоторую опасность для здоровья человека, в частности для сердечно-сосудистой и центральной нервной системы. К сожалению сейчас очень мало исследований по отдаленному действию избытка электростатического заряда на здоровье, поэтому точно оценить степень вреда не возможно . Но в любом случае она не критична. В настоящее время проблема непосредственного воздействия слабых электрических полей на здоровье человека интенсивно изучается.

Нарушения сна.

Если человек спит, статическое электричество проявляет себя в раздражении нервных окончаний на коже. У человека меняется сосудистый тонус, наблюдаются системные сдвиги, могут возникнуть отклонения в работе нервной системы, повышается утомляемость, а сон не приносит облегчения. Всем синтетическим изделиям, в том числе подушкам и одеялам с искусственным наполнителем, присущи отрицательные свойства: они электризуются, насыщаясь зарядами статического электричества. Как правило, ткани, использующиеся для изготовления чехлов подушек с синтетическим наполнителем, имеют состав — 100% полиэстер.

Повышенная электростатичность может влиять на здоровье и самочувствие человека. Особенно это заметно во время сна, когда человек максимально спокоен и расслаблен. Двигаясь во сне, человек создает напряжение между матрасом, постельным бельем и собственной одеждой. Это можно понять по характерному треску и щелчкам электрических разрядов. Разряды могут быть достаточно чувствительны, в результате человек не может полностью расслабится.

Разряд.

Когда человек, тело которого наэлектризовано, дотрагивается до металлического предмета, например трубы отопления или холодильника, накопленный заряд моментально разрядится, а человек получит легкий удар током. Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах . Даже простое расчесывание волос в сухой день может привести к накоплению статического заряда с напряжением в десятки тысяч вольт , однако ток его освобождения будет настолько мал, что его зачастую невозможно будет даже почувствовать.

Именно низкие значения тока не дают статическому заряду нанести человеку вред, когда происходит мгновенный разряд. Скачкообразная электрическая искра может вызвать ощущение боли и, следовательно, привести к опасным ситуациям, например, падению тяжелых объектов, проливанию горячих или огнеопасных жидкостей, а также ранению вследствие неконтролируемых движений. Возможно также возгорание от воздействия электрических искр легковоспламеняющихся чистящих составов и растворов.

Разряд статического электричества для человека в принципе не представляет особой опасности. Но не стоит забывать о возможных вторичных последствиях. Разряд неприятен и часто вызывает непроизвольную резкую реакцию и сокращение мышц. Иногда такое сокращение может вызвать травму — например, при работе с оборудованием.

Большое количество электроприборов вокруг нас.

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. Компьютеры, оргтехника, да и любые электроприборы создают при работе электростатические поля, в зоне действия которых попадают самые разные предметы - от мебели и корпусов этих самых электроприборов до мельчайших пылинок. В системном блоке каждого компьютера имеется как минимум 2 вентилятора. Гоняя воздух, эти вентиляторы выдувают наружу наэлектризованные пылинки, которые затем, не теряя заряда, оседают в том числе и на нашей коже, и в дыхательных путях. Еще один значимый «накопитель» зарядов статического электричества – экран монитора и телевизоры.

Пыль

Очень серьезной угрозой для здоровья и электроприборов является накопление пыли при скоплении электростатического электричества. Пыль может переносить и накопаливать большое количество аллергенов и токсинов, серьезно раздражать дыхательные пути. Также пыль затрудняет поддержание чистоты помещений. Большинство пластиков могут накапливать статические заряды и, вследствие этого, притягивать к себе различные загрязнения, которые становились причиной различных домашних и производственных проблем.

Пожарная безопасность

Конечно, маловероятно, что от статического электричества воспламенятся предметы из твердых материалов. А вот с горючими жидкостями дела обстоят иначе. Мощности искры, которая образуется от разряда, возникающего на синтетической одежде или обуви, вполне хватит, чтобы воспламенить смесь паров воздеха и таких общедоступных бытовых легковоспламеняющихся жидкостей, как бензин, керосин, растворители. Пользоваться этими жидкостями в плохо проветриваемом, сухом помещении, находясь при этом в синтетической одежде и обуви с резиновой подошвой, крайне небезопасно.

Все эти факторы увеличивают возможность образования статического заряда. Любые вращающиеся детали машин, которые не заземлены, тоже являются генераторами статического заряда. Помимо этого генерировать заряд запросто могут сами жидкости, находящиеся в изолированной среде, — например, в пластиковой канистре. Как только ты попытаешься вылить из токонепроводящей канистры топливо в заземленную среду — возникнет воспламенение. Именно по этой причине все бензовозы ездят с металлическими цистернами и свисающей цепочкой, скользящей по асфальту.

Влажность воздуха.

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. не ленись проводить влажную уборку. Протрешь мебель сухой тряпкой — пыль тут же вернется, протрешь влажной — надолго сохранишь свое жилище в чистоте. Влажная уборка снимает заряд электричества с поверхности, а значит, предмет перестанет быть магнитом хоть на некоторое время.

В помещениях с хорошей изоляцией, с использованием кондиционеров и нагревательных приборов, как правило, влажность низкая, а электростатический эффект довольно высокий. Необходимо: установить увлажнитель воздуха и периодически открывать окна для проветривания.

Одежда и обувь.

При нормальных атмосферных условиях натуральные волокна (из хлопка, шерсти, шелка и вискозы) хорошо впитывают влагу (гидрофильны) и поэтому слегка проводят электричество. Когда такие волокна касаются других материалов или трутся о них, на их поверхностях появляются избыточные электрические заряды, но на очень короткое время, поскольку заряды сразу же стекают обратно по влажным волокнам ткани, содержащим различные ионы.

В отличие от натуральных, синтетические волокна (полиэфирные, акриловые, полипропиленовые) плохо впитывают влагу (гидрофобны), и на их поверхностях имеется меньшее количество подвижных ионов. При контакте синтетических материалов друг с другом они заряжаются противоположным зарядами, но так как эти заряды стекают очень медленно, материалы прилипают друг к другу, создавая неудобства и неприятные ощущения. Кстати, волосы по структуре очень близки к синтетическим волокнам и тоже гидрофобны, поэтому при контакте, например, с расческой они заряжаются электричеством и начинают отталкиваться друг от друга.

Простой способ перестать быть ходячим источником статического электричества – отказаться (ограничить) от одежды из синтетических материалов. Альтернатива – лен, хлопок, шелк, кашемир, шерсть. Конечно, это не панацея, но положительный эффект будет ощутимым. В натуральной, хорошо впитывающей влагу ткани «озорные» электроны тихо сидят и не выстраивают пространственные структуры в виде электростатических полей.

Обмануть статическое электричество можно при помощи металлических предметов. Пристегнутая к внутренней стороне пиджака булавка, металлические плечики в шкафу и даже мелочь в кармане брюк обладают особой притягательностью для статического электричества. В процессе накопления электрический потенциал будет отбираться металлическими предметами, находящимися в контакте с вашей одеждой. Протяните вашу одежду через металлический тремпель. Сразу, перед тем как наденете одежду, протяните металлический тремпель через внутреннюю поверхность одежды. Металл разрядит электрический заряд, тщательно удаляя его. Вы можете добиться такого же эффекта, протянув любой другой металлический предмет через одежду.

Любая обувь с подошвой из синтетических материалов является накопителем электрического потенциала. Другое дело – полностью натуральные туфли, ботинки, сапоги. Конечно, это не самый доступный, а иногда и удобный вариант. Но все-таки такой обуви следует отдавать предпочтение. Она выигрывает не только возможностью естественного «заземления», но и более гигиенична.

Заземление.

Обязательно заземлять бытовое оборудование, но можно этим не ограничиваться. Коврик, помещенный на письменный стол, проводит контакт через предплечья или кисти, разложенный на полу — через ступни, если покрыть им сиденье стула — через ягодицы, а если его поместить в кровать — то через любую часть тела, которая соприкасается с ним. Нормальное отделение пота, проступающего через слои ткани одежды, нижнего белья, носков или длинных рукавов, обеспечивает различные степени проводимости.

В производстве ковриков используется металлизированное волокно и проводники вкупе с проводом, подсоединенным к заземляющей розетке в стене или к заземленному стержню снаружи помещения. Старайтесь не применять модные ныне нейлоновые покрытия - такой коврик только увеличивает возможность накопления электростатического заряда. В далекие советские времена, в производстве с полевыми полупроводниками фигурировал способ снятия статического электричества ионизацией воздуха.

Одним из наиболее действенных способов борьбы со статическим электричеством считается заземление оборудования, ёмкостей или промышленных трубопроводов. С помощью такого заземления образующиеся на поверхности оборудования статические заряды отводятся («стекают») в землю, что препятствует их накапливанию до величины, которая способна вызвать искру. Для большей надёжности все заземлители соединяются между собой и превращаются, таким образом, в идеальную заземляющую конструкцию.

Антистатические материалы (половые материалы, добавки к краске и др.)

Чтобы избавиться от статического электричества, поверхность одежды или другого предмета можно смазать веществом, которое удерживает влагу и этим увеличивает концентрацию подвижных ионов на поверхности. После такой обработки возникший электрический заряд быстро исчезнет с поверхности предмета или распределится по ней.

Гидрофильность поверхности можно увеличить, смазав ее поверхностно-активными веществами, молекулы которых похожи на мыльные молекулы — одна часть очень длинной молекулы заряжена, а другая нет. Вещества, препятствующие появлению статического электричества, называют антистатиками. Антистатиком является, например, и обычная угольная пыль или сажа, поэтому, чтобы избавиться от статического электричества, в состав пропитки ковролиновых покрытий и обивочных материалов включают так называемую ламповую сажу. Для этих же целей в такие материалы добавляют до 3% натуральных волокон, а иногда и тонкие металлические нити.

С особой осторожностью нужно относиться к современным строительным и отделочным материалам. Взять хотя бы ковролин – это готовый генератор статического электричества. Для того, чтобы понять, зачем нужны антистатические полы, достаточно перечислить проблемы, к которым приводит накопление статического электрического заряда на поверхности пола: наэлектризованная поверхность удерживает пыль и грязь, поэтому гораздо труднее убирается; накопление заряда влияет на работу электронных систем, особенно чувствительных электронных приборов, вплоть до выведения их из строя; негативно влияет на здоровье.

Антистатическая добавка обеспечивает передачу электрического заряда на влагу воздуха. На антистатических лакокрасочных материалах не накапливается грязь и пыль. Поэтому убирать такие помещения несложно. Способность лакокрасочных материалов отталкивать грязь и пыль сохраняется в течение всего периода эксплуатации обработанной поверхности. Процент ввода антистатической добавки зависит от степени требуемого антистатического эффекта, как правило, достаточно 1-2%. Показателем действия антистатического агента является время стекания заряда (разряда), то есть время в течение которого заряд уменьшается наполовину от первоначального значения. При введении в пленку из ПЭВД толщиной 30мкм антистатика в количестве 2% время разряда составляет 0.01сек, т. е. немедленный разряд.

Учебник физики

Наука и жизнь

http://www.mhealth.ru/blog/grajdanskaya-samooborona/24892.php

http://electroandi.ru/elektrichestvo-i-magnetizm/staticheskoe-elektrichestvo.html

http://stroy-profi.info/archive/11420

http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431100/Chto_mozhet_elektrostatika

http://bestolkovyj.narod.ru/kak-ubrat-elektrostatiku/

Оно может возникать на изолированных проводниках, на поверхности или в объеме диэлектриков.

Трение, возникающее при соприкосновении двух веществ разного рода, ведет к электризации диэлектриков. Это происходит из-за различных молекулярных и атомных сил. Можно сказать, что статическое электричество получается при нарушении их равновесия благодаря приобретению или потере электрона.

Объяснить этот процесс очень просто. Состояние равновесия атома достигается при наличии одинакового числа протонов и электронов. Перемещаясь от одного атома к другому, электроны формируют положительные и отрицательные ионы. При их дисбалансе и возникает статическое электричество.

Протоны и электроны имеют одинаковый электрический заряд, но с разной полярностью. Он измеряется в кулонах и определяет количество электричества, которое проходит за 1 сек. в поперечном сечении проводника. Статический заряд прямо пропорционален числу неустойчивых ионов, то есть дефициту или избытку электронов.

Статическое электричество способно генерироваться. Это происходит за счет отсутствия у положительного иона одного электрона, вследствие чего он может принимать от отрицательной частицы свободный электрон. В свою очередь отрицательный ион может представлять собой атом либо молекулу, обладающую большим количеством электронов. В этих случаях имеется один электрон, который способен нейтрализовать положительный заряд.

Основными причинами, влекущими за собой возникновение статического электричества, являются:

отдаление или контакт двух материалов;
быстрые температурные перепады;
УФ-излучение, радиация, сильные электрические поля, ;
операции, производимые путем нарезания (раскроечные станки или бумагорезальные машины);
наведение, то есть возникновение электрического поля, вызванного статическим зарядом.

Явление, называемое статическим электричеством, встречается повсеместно в быту. Электростатический разряд происходит при очень высоких показателях напряжения, но при низких токах. При этом не возникает опасности для человека.

Несмотря на это, защита от статического электричества необходима, так как оно может быть опасным для многих элементов электроприборов. От него очень часто страдают транзисторы, микропроцессоры, схемы и т.д. Работая с радиоэлектронными компонентами, необходимо принимать меры и предотвращать накопление статического заряда.

Прямая опасность существует при молниях, возникающих в процессе образования грозовых облаков. Облака вследствие движения воздушных потоков, которые насыщены водными парами, могут образовывать Также такие разряды часто возникают между заряженными облаками и землей. В этом случае нужна защита от статического электричества в виде молниеотводов. Они способны провести разряд прямиком в землю. Кроме молний, грозовое облако создает опасные электрические потенциалы на изолированных предметах из металла из-за процесса

Легкие получаемые в результате различных проявлений статического электричества, с первого взгляда безобидны, но это далеко не так. Это явление может скрывать в себе большую опасность, так как возникающая искра способна вызывать возгорание. Статическое электричество и защита от него - это два понятия, которые должны быть известны каждому, так как из-за незнания случаются порой серьезные неприятности.

В быту и на производстве необходимо предупреждать возникновение такой разновидности электричества. Для этого следует проводить регулярно Легковоспламеняющиеся жидкости - это еще одна серьезная угроза. Ими необходимо пользоваться в хорошо проветриваемых местах, что позволяет частично предотвратить статическое электричество (и защита от него в таком случае вам почти гарантирована). Используйте в процессе работы с такими жидкостями натуральную одежду, заземление вращающихся механизмов и только металлическую тару для хранения жидкостей, способных быстро воспламеняться.

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, с образованием на поверхности предмета токопроводящего слоя.

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 искры выше 0,2 мДж, но 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.

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.

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.

Наиболее опасная форма электромагнитных помех (ЭМП). На человеческом теле может накапливаться электростатический заряд величиной до 25000 В. Этот заряд может очень быстро разряжаться через электрически заземленный объект или устройство. Приложение импульса напряжения амплитудой в 25000 В к любому электронному устройству потенциально может привести к его повреждению.

Определение и предотвращение электростатического разряда

Статическое электричество может разряжаться через цифровые компоненты компьютера. Электронные устройства, используемые в конструкции цифрового оборудования, в особенности подвержены повреждениям в результате электростатического разряда. Фактически, электростатический разряд представляет собой наиболее опасную для цифрового оборудования форму электрических внешних воздействий.

Ниже перечислены наиболее часто встречающиеся причины возникновения электростатического разряда:

Низкая влажность (условия высокой температуры и сухости окружающей среды)
Неправильное заземление
Неэкранированные кабели
Плохое качество соединений
Движущиеся механические детали

Школьные учителя демонстрируют принцип образования статического заряда путем трения различных материалов друг о друга. Когда люди двигаются, части одежды трутся одна о другую и могут приводить к образованию на теле значительного электростатического заряда. Хождение по ковру может приводить к образованию заряда, превышающего 1000 В. Двигатели в электрических устройствах, таких как пылесосы и холодильники, также генерируют высокие уровни электростатического заряда.

Возникновение электростатического разряда наиболее вероятно в условиях низкой влажности. Если относительная влажность снижается до менее 50%, статические заряды могут накапливаться очень легко. В основном, электростатический разряд не возникает, если влажность превышает 50%. Как только заряд достигает значения приближающегося к 10000 В, вероятность его разряда через заземленные металлические детали становится весьма высокой.

Хотя электростатический разряд не поражает людей, он приводит к разрушению определенных электронных устройств. Высоковольтный импульс может сжечь входные цепи многих микросхем. Иногда такие повреждения проявляются не сразу. Они могут накапливаться со временем и в конечном итоге привести к отказу устройства. Электронные логические устройства, созданные на основе МОП-структур, особенно чувствительны к электростатическому разряду.

Высокое напряжение, малый риск для людей

Читатели могут быть несколько удивлены тем, что напряжение равное 25000 В, присутствующее в мониторе, представляет смертельную опасность для человека, в то же время электростатический заряд величиной в 10000 В или 25000 В подобной опасности не представляет. Причина этого в величине тока, который создает данный источник напряжения. Например, цепи монитора и блока питания могут создавать ток, величиной в несколько ампер, в то время как при электростатическом разряде возникает ток, не превышающий одной тысячной ампера. Поэтому переменный ток равный 1 А, создаваемый напряжением 120 В блока питания, является смертельно опасным, а ток равный одному микроамперу, создаваемый электростатическим разрядом величиной в 25000 В - нет.