Основы знаний о статическом электричестве. Защита от статического электричества

Электричество для большинства людей на нашей планете является неотъемлемой частью жизни. Использование электричества в доме, на производстве, при учебе и т.д. настолько обширно, что многие уже не могут представить своей жизни без него. Но существует не только привычное нам электричество в проводах, но и менее приятное статическое электричество.

Что это такое – статическое электричество

Те, кто изучал в школе физику, без проблем вспомнит различные опыты со статическим электричеством. Рассмотрим явление статического электричества более подробно. Как уже было сказано, большинство из городских жителей встречают статическое напряжение практически каждый день. Это может произойти в процессе надевания одежды или же в момент, когда вы решили приласкать любимую кошку или собаку. Итак, что же такое статическое электричество? Это такое явление, при котором под действием различных причин происходит развитие дисбаланса внутри атома либо молекулы.

Сам дисбаланс происходит между двумя типами частиц :

• Протоны;
• Электроны.

Возникает статическое электричество в том случае, когда в атоме протоны и электроны находятся в разном количестве.

Статистическое исследование помогает понять, что практически всегда, когда происходит явление статического электричества, воздух должен быть сухим.

Также, этот момент доказывается тем, что при влажном воздухе статистическое напряжение не развивается, ведь вода является одним из универсальных проводников электричества.

Причины возникновения статистического электричества

Как и у любого явления, будь то природное или же техногенное, есть свои причины возникновения, а также многочисленные факторы, которые увеличивают шанс проявления того или иного явления, в том числе и статического напряжения.

Причины :

1. Главной причиной статистического электричества давно считается трение двух различных поверхностей. Представительницы прекрасного пола часто встречаются с таким явлением, когда одежда с примесью синтетики трется о кожу.
2. Перепады температуры, происходящие резко, то есть изменение за короткое время на большие температуры.
3. Радиация. Высокие показатели радиации нарушают равновесие между количеством положительных и отрицательных частиц в атоме того или иного вещества, предмета и т.д.
4. Целенаправленная провокация – метод индукции.

Электрическое поле возникает при наличии магнитного. С каждым годом расширенность магнитного поля вокруг людей становится все более обширной, ведь люди окружают себя большим количеством различных электрических приборов, которые используются в быту, рабочем офисе, в гараже, на территории автомобиля, то есть практически везде, где живет человек. Именно за счет большой распространенности магнитных полей и высокой вероятности возникновения статического электричества, человечество давно задалось вопросом, какое влияние может оказать такое электричество на человеческий организм и как можно использовать само электричество, чтобы получать пользу от подобного явления.

Вред статистического электричества для организма человека

Нельзя промолчать о том, что электричество полезно для жизнедеятельности человека, порой оно позволяет спасти человеку жизнь, например, использование тока при остановке сердца. Но, как правило, статическое электричество приводит к нарушениям работы организма. Так как бытовое статическое электричество обладает незначительным зарядом, оно не способно принести серьезных проблем, как например заряд электричества из провода, но все же и такое явление способно принести неприятности, в особенности при длительном воздействии.

А именно :

• Сон нарушается;
• Проявляются нарушения в сосудистой системе за счет изменения тонуса сосудов;
• Повышенная утомляемость даже при привычных нагрузках;
• Проблемы с нервной системой;
• Незначительное нарушение работы мышц, к примеру, это может быть мышечный тик.

Все это незначительные нарушения, но и они, продолжаясь длительный отрезок времени, приносят человеку неприятности. При плохом сне у человека начинаются проблемы с психологической стороны, постоянная усталость и недосып могут привести к развитию депрессивных состояний и психозов. Мышечный нервный тик способен нарушить интенсивность работы, а это значит, что в некоторых случаях работник вынужден обратиться к специалисту и на время покинуть рабочее место, оставшись на больничный до улучшения состояния.

Из-за подобных проявлений следует как можно лучше следить за тем, что вы носите, на каком белье спите.

Для сна и постельного белья лучше всего выбирать ткани из натуральных материалов. Помните, чем больше процент синтетических волокон, тем выше вероятность того, что на ваш организм во время сна будет воздействовать статическое электричество, провоцируя те или иные изменения в теле человека.

Таким образом, можно говорить о том, что длительное воздействие статического напряжения приводит к неприятным последствиям для живого существа. Кроме того, следует сказать о том, что для тела человека характерно накопление электрического заряда, ведь все наши внутренние жидкости являются первоклассными электролитами.

Как снять статическое электричество с человека

По причине вреда от статического электричества, есть большая необходимость в том, чтобы вовремя снять его воздействие на человеческое тело, особенно это актуально для детей, которые являются более чувствительными к электричеству, нежели взрослые.

Существуют различные способы убрать с себя заряд статического электричества, кроме того, этими же способами может проводиться защита :

1. Увлажнение кожных покровов. Мы уже говорили о том, что при высокой влажности статического напряжения не образуется. Увлажнение можно проводить путем нанесения на кожу различных лосьонов. Лучше всего делать это перед тем как одеваетесь, а также увлажняйте кожу рук и открытых участков тела в течение всего дня.
2. Правильная натуральная одежда. Чаще всего статика образуется при ношении одежды из синтетических волокон. Поэтому следует сменить такие вещи на одежду из натуральных тканей: хлопок, лен и др. Также, для защиты можно использовать специальные аэрозоли-антистатики, в настоящее время распространены порошки для стирки одежды, в состав которых входят специальные добавки для предотвращения образования электричества.
3. Обувь. Правильная обувь не менее важна, чем одежда. Как известно, разряд с земли лучше проходит через резиновую подошву обуви, поэтому лучше всего приобретать обувь на подошве из кожи. Для того, чтобы избавиться от статики при работе с электроприборами и их комплектующими, на многих предприятиях сотрудникам выдают специальную обувь.

Как видно, при условии, что электричество опасно и способно принести вред, можно однозначно говорить о том, что людям необходима серьезная защита от статического напряжения, будь то работа на производстве и электричество от оборудования, статика автомобиля или от компьютера.

Неприятное статическое электричество и защита от него

Поговорим о том, как защитить себя при работе, в условиях дома или поездок на машине.

Что нужно знать :

1. В первую очередь следует говорить про увлажнение воздуха. Есть условие: нельзя устанавливать приборы для увлажнения в непосредственной близости от электроприборов, ведь в этом случае приборы для увлажнения превращаются в причины замыкания, что несет еще большую опасность.
2. Во время заправки автомобиля защита заключается в том, чтобы из салона машины никто не выходил и никто не садился в салон. Такое предостережение объясняется тем, что перемещения подобного рода становятся причиной возникновения напряжения. Если ток соприкоснется с горючей жидкостью это спровоцирует сильный взрыв;
3. В быту так же можно использовать антистатики чтобы бороться с электрическим зарядом с половиков, ковров и пылесосов.

Сейчас существуют средства, направленные на снятие статики с пластика, с обивки автомобильных сидений, с электроприборов, которые способны ударить статистическим током с высоким показателем вольт.

Использование статистического напряжения

Не смотря на то, что статическое электричество довольно опасно для человека, многие ученые не переставали искать способ измерить, сколько вольт статическое напряжение, определить способ собрать его в одном месте и использовать, чтобы получить возможность использовать статику в своих целях. Ученые уже давно определили, что от обычных эбонитовых стержней, производящих статическое электричество может быть пользы в различных сферах жизни и работы человека.

А именно :

• В бытовых условиях;
• Для использования в народном хозяйстве – это основная сфера использования.

Кроме того, сбор статистического напряжения может быть не только точечное, для небольших потребностей, но и в довольно крупных, практически промышленных, объемах.

Что такое статическое электричество (видео)

Статическое электричество – это то, с чем люди встречаются практически с самого своего рождения практически повсеместно, начиная от одежды и заканчивая бытовыми делами. Польза, вред и определение были раскрыты выше.

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.

В этой статье я постараюсь максимально доступно и наглядно, простым языком, без лишних сложных физических терминов, объяснить, что такое статическое электричество, как оно образуется и что является лучшей защитой от него.

Что такое статическое электричество, как оно образуется

Как я уже сказал, статическое электричество может воздействовать на нас в различных местах, в любой момент, даже тогда, когда вы просто пытаетесь открыть дверь, касаясь дверной ручки.

Чтобы понять причину появления статического электричества для начала нужно вспомнить о природе материи.

Как вы знаете вся материя состоит из атомов, которые, в свою очередь, состоят из трех разных видов более мелких частиц:

- отрицательно заряженных электронов

- положительно заряженных протонов

- не имеющих зарядов нейтронов

В большинстве тел, чаще всего, электроны и протоны полностью компенсируют друг друга, их количество в атомах равное, соответственно, эти предметы электронейтральны.

Но так как электроны очень маленькие частицы и их масса незначительна, то даже обычное трение даёт слабо связанным электронам достаточно энергии, чтобы они покинули свои атомы и перешли в атомы на другой поверхности.

Когда это происходит у одного объекта протонов остаётся больше, чем электронов, и он становится положительно заряженным, а объект у которого больше электронов, наоборот, накапливает отрицательный заряд. Такая ситуация называется дисбалансом зарядов или еще разделением зарядов.

Но как вы знаете, природа постоянно стремится к восстановлению равновесия поэтому, когда одно из заряженных тел вступает в контакт с другим, свободные электроны немедленно используют эту возможность попасть туда где они нужнее, где их не хватает - покинув отрицательно заряженный объект, чтобы восстановить баланс.

Вот это перескакивание электронов от отрицательно заряженного тела и есть знакомое всем явление - статическое электричество, называемое еще статическим разрядом .

К счастью это происходит далеко не с каждым объектом, иначе нас бы било током постоянно.

Чаще всего слабо связанными электронами обладают материалы - электрические проводники, самым ярким представителем которых являются металлы. А вот у диэлектриков, изоляторов, материалов, плохо проводящих электрический ток, электроны прочносвязанные, они свободно не переходят к атомам других материалов.

С большей вероятностью накапливание электрического разряда происходит именно при взаимодействии проводника с диэлектриком, при трении одного материала о другой.

Так, например, когда вы просто идёте по ковру, электроны вашего тела, из-за трения ног об ковер, перемещаются на него, так как человеческое тело проводник электрического тока. В то же время материал ковра - шерсть, сопротивляется отделению своих прочносвязанных электронов, являясь диэлектриком.

И хотя в момент, когда вы находитесь на ковре, ваше тело и ковер вместе остаются электрически нейтральными у них уже есть разделение разрядов.

И теперь, когда вы просто дотрагиваетесь до металлической дверной ручки - немедленно ощущаете статический разряд. Всё дело в том, что свободные электроны с металлической ручки перескакивают на вашу руку замещая потерянные вашим телом электроны, которые перескочили на ковер.

Теперь, я думаю, вам понятно, что такое статическое электричество и почему оно образуется. Кстати, его самым ярким проявлением в природе являются молнии.

При определенных условиях в облаках происходит разделение зарядов, после чего этот дисбаланс нейтрализуется, электроны высвобождаются и поглощаются другими телами - домами, землей или даже другим облаком, с образованием гигантской вспышки - молнии.

Защита от статического электричества

И так, зная природу статического электричества, вы сможете эффективно применять и защиту от него, не только дома в быту, но и на производстве.

Есть несколько основных видов мер защиты от статического электричества:

Создание условий для рассеивания свободных электронов

Предупреждение возникновения и накапливания статического электричества

ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Основным и самым главным средств защиты от статического электричества является организация заземления токопроводящих, не находящихся под напряжением элементов, будь то корпус стиральной машины, автомобиля или токарного станка. Делается это, чтобы образующиеся свободные электроны, идя по пути наименьшего сопротивления, отводились в землю.

У большей части домашней бытовой техники - холодильников, стиральных машин и т.д. для этого используется третий желто-зеленый заземляющий проводник питающего кабеля, которым он подключается к сети. В остальных же случаях на корпус подводится отдельный провод, также подключаемый к системе заземления.

В случае же с автомобилем, используется токопроводящая полоса или цепь, которая крепиться одним концом к кузову машины, а второй касается земли.

Еще одним из распространенных способов защиты от статического электричества является увеличение электропроводимости диэлектрических материалов , за счет чего они получают возможность отводить свободные электроны.

Достигается это путем нанесения на диэлектрические предметы токопроводящих покрытий или материалов, например, поверхностной плёнки из токопроводящего материала, тонкой фольги и т.д.

В частности, в быту, можно пользоваться специальными средствами, так называемыми, антистатиками, думаю многие женщины понимают, о чем идёт речь.

Такой спрей-антистатик обычно состоит из токопроводящего полимера, растворённого в смеси деионизированной воды и спирта. После обработки поверхности раствор испаряется, а полимер остается в виде тончайшей токопроводящей плёнки, которая не даёт заряду накапливаться на поверхности предмета.

Подобный эффект также достигается увеличения влажности воздуха до 60-70%, при котором на поверхности диэлектриков появляется тонкая пленка влаги, за счет которой, обеспечивается достаточная поверхностная электропроводность материалов.

ИОНИЗАЦИЯ ВОЗДУХА

Эффективным и доступным средством защиты от статического электричества также является ионизация воздуха.

Для этого используется специальный прибор - ионизатор, который генерирует поток положительно и отрицательно заряженных ионов, распространяемых вентилятором. Они, притягиваются к молекулам противоположной полярности окружающих предметов и нейтрализуют статический заряд на них.

Если же не получается бороться со статическим электричеством вышеперечисленными способами, можно действовать более кардинально. Например, начать пользоваться повседневными предметами их других материалов слабоэлектризующимися или неэлектризующимися вовсе. Заменить чехлы в автомобиле, купить другие тапочки для дома и т.д.

Если же вы знаете другие действенные способы защиты от статического электричества - обязательно пишите о них в комментариях к статье, это будет полезно и интересно многим. Кроме того, как всегда приветствуется здоровая критика, вопросы, предложения, буду рад общению.

Что такое статическое электричество

Статическое электричество возникает в случае нарушения внутриатомного или внутримолекулярного равновесия вследствие приобретения или потери электрона. Обычно атом находится в равновесном состоянии благодаря одинаковому числу положительных и отрицательных частиц - протонов и электронов. Электроны могут легко перемещаться от одного атома к другому. При этом они формируют положительные (где отсутствует электрон) или отрицательные (одиночный электрон или атом с дополнительным электроном) ионы. Когда происходит такой дисбаланс, возникает статическое электричество.

Электрический заряд электрона - (-) 1,6 х 10 -19 кулон. Протон с таким же по величине зарядом имеет положительную полярность. Статический заряд в кулонах прямо пропорционален избытку или дефициту электронов, т.е. числу неустойчивых ионов. Кулон - это основная единица статического заряда, определяющая количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника за 1 секунду при силе тока в 1 ампер.

У положительного иона отсутствует один электрон, следовательно, он может легко принимать электрон от отрицательно заряженной частицы. Отрицательный ион в свою очередь может быть либо одиночным электроном, либо атомом/молекулой с большим числом электронов. В обоих случаях существует электрон, способный нейтрализовать положительный заряд.

Как генерируется статическое электричество

Основные причины появления статического электричества:

1. Контакт между двумя материалами и их отделение друг от друга (включая трение, намотку/размотку и пр.).
2. Быстрый температурный перепад (например, в момент помещения материала в духовой шкаф).
3. Радиация с высокими значениями энергии, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские X-лучи, сильные электрические поля (нерядовые для промышленных производств).
4. Резательные операции (например, на раскроечных станках или бумагорезальных машинах).
5. Электромагнитная индукция (вызванное статическим зарядом возникновение электрического поля).

Поверхностный контакт и разделение материалов, возможно, являются наиболее распространенными причинами возникновения статического электричества на производствах, связанных с обработкой рулонных пленок и листовых пластиков. Статический заряд генерируется в процессе разматывания/наматывания материалов или перемещения друг относительно друга различных слоев материалов. Этот процесс не вполне понятен, но наиболее правдивое объяснение появления статического электричества в данном случае может быть получено проведением аналогии с плоским конденсатором, в котором механическая энергия при разделении пластин преобразуется в электрическую:

Результирующее напряжение = начальное напряжение х (конечное расстояние между пластинами/начальное расстояние между пластинами).

Когда синтетическая пленка касается подающего/приемного вала, невысокий заряд, перетекающий от материала к валу, провоцирует дисбаланс. По мере того, как материал преодолевает зону контакта с валом, напряжение возрастает точно также как в случае с конденсаторными пластинами в момент их разделения. Практика показывает, что амплитуда результирующего напряжения ограничена вследствие электрического пробоя, возникающего в промежутке между соседними материалами, поверхностной проводимости и других факторов. На выходе пленки из контактной зоны часто можно слышать слабое потрескивание или наблюдать искрение. Это происходит в момент, когда статический заряд достигает величины, достаточной для пробоя окружающего воздуха. До контакта с валом синтетическая пленка с точки зрения электричества нейтральна, но в процессе перемещения и контакта с подающими поверхностями поток электронов направляется на пленку и заряжает ее отрицательным зарядом. Если вал металлический и заземленный его положительный заряд быстро стекает.

Большая часть оборудования имеет много валов, поэтому величина заряда и его полярность могут часто меняться. Наилучший способ контроля статического заряда – это его точное определение на участке непосредственно перед проблемной зоной. Если заряд нейтрализован слишком рано, он может восстановиться до того, как пленка достигнет этой проблемной зоны.

В теории возникновение статического заряда может быть проиллюстрировано простой электрической схемой:

C – выполняет функцию конденсатора, который накапливает заряд, как батарея. Это обычно поверхность материала или изделия.
R – сопротивление, способное ослабить заряд материала/механизма (обычно при слабой циркуляции тока). Если материал является проводником, заряд стекает на землю и не создает проблем. Если же материал является изолятором, заряд не сможет стекать, и возникают сложности. Искровой разряд возникает в том случае, когда напряжение накопленного заряда достигает предельного порога.

Токовая нагрузка - заряд, сгенерированный, например, в процессе перемещения пленки по валу. Ток заряда заряжает конденсатор (объект) и повышает его напряжение U. В то время как напряжение повышается, ток течет через сопротивление R. Баланс будет достигнут в момент, когда ток заряда станет равен току, циркулирующему по замкнутому контуру сопротивления. (Закон Ома: U = I х R).

Если объект имеет способность накапливать значительный заряд, и если имеет место высокое напряжение, статическое электричество приводит к возникновению таких серьезных проблем, как искрение, электростатическое отталкивание/притягивание или электропоражение персонала.

Полярность заряда

Статический заряд может быть либо положительным, либо отрицательным. Для разрядников постоянного тока (AC) и пассивных разрядников (щеток) полярность заряда обычно не важна.

Измерение статического заряда

Измерение величины статического заряда является очень важной процедурой, которая позволяет обнаружить присутствие заряда, определить его амплитуду и породивший источник.
Как отмечалось выше, статическое электричество возникает при дефиците или избытке электронов в атоме. Вследствие того, что измерить величину заряда на поверхности объекта в кулонах невозможно, измеряют сопротивление или напряженность электрического поля, связанную со статическим зарядом. Этот способ измерения широко применяется в промышленности.
Зависимость между сопротивлением поля и напряженностью заключается в том, что в любой точке сопротивление является составляющей градиента напряженности.
Измерительные приборы собираются преимущественно по представленной ниже схеме и измеряют напряжение на поверхности объекта.

А – напряжение конденсатора изменяется вместе с изменением величины заряда.

Проводя измерения с расстояния 100 мм, и пользуясь формулой Q (заряд) = С (емкостное сопротивление) х U (напряжение), можно вычислить емкостное сопротивление.

Измерительные приборы обычно просты в использовании и очень полезны для анализа возникших проблем или прогноза их появления в будущем.

При измерениях параметров статического электричества важно следовать инструкциям по эксплуатации приборов. Электрическое поле действует в единственном направлении, поэтому его практическое изучение не представляет сложностей. Одними из наиболее интересных и важных для измерения заряда характеристик электрического поля являются:

Электрическое поле - участок пространства, на котором действуют электрические силы, величины которых выражены в кулонах.
Все заряженные объекты окружены электрическим полем.
Силовые линии поля проходят перпендикулярно поверхности объекта и указывают направление, по которому действует сила.
Электрическое поле может охватывать несколько объектов, что важно учитывать при проведении измерений и осуществлении мероприятий по нейтрализации статического заряда.

Как отмечалось выше, в воздушном пространстве силовые линии электрического поля проходят перпендикулярно поверхности заряженного объекта. Это позволяет производить измерения с очень высокой точностью.

В случае с производством и обработкой синтетической пленки следует отметить важную деталь. Когда материал перемещается по валу, электрический заряд переходит к валу и кажется, что поле исчезло. Поэтому вблизи вала нет возможности производить точные измерения. Электрическое поле появляется вновь, когда материал преодолевает зону контакта и статический заряд можно снова измерить точно.

Проблемы, связанные со статическим электричеством

Существует 4 основные области:

Статический разряд в электронике

На эту проблему необходимо обратить внимание, т.к. она часто возникает в процессе обращения с электронными блоками и компонентами, использующимися в современных контрольно-измерительных устройствах.
В электронике основная опасность, связанная со статическим зарядом, исходит от человека, несущего заряд, и пренебрегать этим нельзя. Ток разряда порождает тепло, которое приводит к разрушению соединений, прерыванию контактов и разрыву дорожек микросхем. Высокое напряжение уничтожает также тонкую оксидную пленку на полевых транзисторах и других элементах, имеющих покрытие.

Часто компоненты не полностью выходят из строя, что можно считать еще более опасным, т.к. неисправность проявляется не сразу, а в непредсказуемый момент в процессе эксплуатации устройства.
Общее правило: при работе с чувствительными к статическому электричеству деталями и устройствами необходимо всегда принимать меры для нейтрализации заряда, накопленного на теле человека. Подробная информация по этому вопросу содержится в документах европейского стандарта CECC 00015.

Электростатическое притяжение/отталкивание

Это, возможно, наиболее широко распространенная проблема, возникающая на предприятиях, связанных с производством и обработкой пластмасс, бумаги, текстиля и в смежных отраслях. Она проявляется в том, что материалы самостоятельно меняют свое поведение - склеиваются между собой или, наоборот, отталкиваются, прилипают к оборудованию, притягивают пыль, неправильно наматываются на приемное устройство и пр.

Притягивание/отталкивание происходит в соответствии с законом Кулона, в основе которого лежит принцип противоположности квадрата. В простой форме он выражается следующим образом:

Сила притяжения или отталкивания (в Ньютонах) = Заряд (А) х Заряд (В) / (Расстояние между объектами ² (в метрах)).

Следовательно, интенсивность проявления этого эффекта напрямую связана с амплитудой статического заряда и расстоянием между притягивающимися или отталкивающимися объектами. Притягивание и отталкивание происходят в направлении силовых линий электрического поля.
Если два заряда имеют одинаковую полярность – они отталкиваются, если противоположную – притягиваются. Если один из объектов заряжен, он будет провоцировать притягивание, создавая зеркальную копию заряда на нейтральных объектах.

Риск возникновения пожара

Риск возникновения пожара не является общей для всех производств проблемой. Но вероятность возгорания очень велика на полиграфических и других предприятиях, где используются легковоспламеняющиеся растворители.
В опасных зонах наиболее распространенными источниками возгорания являются незаземленное оборудование и подвижные проводники. Если на операторе, находящемся в опасной зоне, надета спортивная обувь или туфли на токонепроводящей подошве, существует риск, что его тело будет генерировать заряд, способный спровоцировать возгорание растворителей. Незаземленные проводящие детали машин также представляют опасность. Все, что находится в опасной зоне должно быть хорошо заземлено.

Нижеследующая информация дает краткое пояснение способности статического разряда провоцировать возгорание в легковоспламеняющихся средах.

Способность разряда провоцировать возгорание зависит от многих переменных факторов:

• типа разряда;
• мощности разряда;
• источника разряда;
• энергии разряда;
• наличия легковоспламеняющейся среды (растворителей в газовой фазе, пыли или горючих жидкостей);
• минимальной энергии воспламенения (МЭВ) легковоспламеняющейся среды.

Типы разряда

Существует три основных типа – искровой, кистевой и скользящий кистевой разряды. Коронный разряд в данном случае во внимание не принимается, т. к. он отличается невысокой энергией и происходит достаточно медленно. Коронный разряд чаще всего неопасен, его следует учитывать только в зонах очень высокой пожаро- и взрывоопасности.

Искровой разряд

В основном он исходит от умеренно проводящего, электрически изолированного объекта. Это может быть тело человека, деталь машины или инструмент. Предполагается, что вся энергия заряда рассеивается в момент искрения. Если энергия выше МЭВ паров растворителя, может произойти воспламенение.
Энергия искры рассчитывается следующим образом: Е (в Джоулях) = ½ С U2.

Кистевой разряд

Кистевой разряд возникает, когда заостренные части деталей оборудования концентрируют заряд на поверхностях диэлектрических материалов, изоляционные свойства которых приводят к его накоплению. Кистевой разряд отличается более низкой энергией по сравнению с искровым и, соответственно, представляет меньшую опасность в отношении воспламенения.

Скользящий кистевой разряд

Скользящий кистевой разряд происходит на листовых или рулонных синтетических материалах с высоким удельным сопротивлением, имеющих повышенную плотность заряда и разную полярность зарядов с каждой стороны полотна. Такое явление может быть спровоцировано трением или распылением порошкового покрытия. Эффект сравним с разрядкой плоского конденсатора и может представлять такую же опасность, как искровой разряд.

Источник и энергия разряда

Величина и геометрия распределения заряда являются важными факторами. Чем больше объем тела, тем больше энергии оно содержит. Острые углы повышают мощность поля и поддерживают разряды.

Мощность разряда

Если объект, имеющий энергию, не очень хорошо проводит электрический ток, например, человеческое тело, сопротивление объекта будет ослаблять разряд и понижать опасность. Для человеческого тела существует эмпирическое правило: считать, что любые растворители с внутренней минимальной энергией воспламенения менее 100 мДж могут воспламениться несмотря на то, что энергия, содержащаяся в теле, может быть выше в 2 – 3 раза.

Минимальная энергия воспламенения МЭВ

Минимальная энергия воспламенения растворителей и их концентрация в опасной зоне являются очень важными факторами. Если минимальная энергия воспламенения ниже энергии разряда, возникает риск возгорания.

Электропоражение

Вопросу риска статического удара в условиях промышленного предприятия уделяется все больше внимания. Это связано с существенным повышением требований к гигиене и безопасности труда.
Электропоражение, спровоцированное статическим электричеством, в принципе не представляет особой опасности. Оно просто неприятно и часто вызывает резкую реакцию.
Существуют две общие причины статического удара:

Наведенный заряд

Если человек находится в электрическом поле и держится за заряженный объект, например, за намоточную бобину для пленки, возможно, что его тело зарядится.

Заряд остается в теле оператора, если он находится в обуви на изолирующей подошве, до того момента, пока он не дотронется до заземленного оборудования. Заряд стекает на землю и поражает человека. Такое происходит и в случае, когда оператор дотрагивается до заряженных объектов или материалов – из-за изолирующей обуви заряд накапливается в теле. Когда оператор трогает металлические детали оборудования, заряд может стечь и спровоцировать электроудар.

При перемещении людей по синтетическим ковровым покрытиям порождается статический заряд при контакте между ковром и обувью. Электроудары, которые получают водители, покидая свою машину, провоцируются зарядом, возникшим между сиденьем и их одеждой в момент подъема. Решение этой проблемы – дотронуться до металлической детали автомобиля, например, до рамы дверного проема, до момента подъема с сиденья. Это позволяет заряду безопасно стекать на землю через кузов автомобиля и его шины.

Электропоражение, спровоцированное оборудованием

Такой электроудар возможен, хотя происходит значительно реже, чем поражение, спровоцированное материалом.
Если намоточная бобина имеет значительный заряд, случается, что пальцы оператора концентрируют заряд до такой степени, что он достигает точки пробоя и происходит разряд. Помимо этого, если металлический незаземленный объект находится в электрическом поле, он может зарядиться наведенным зарядом. По причине того, что металлический объект является токопроводящим, подвижный заряд разрядится в человека, который дотрагивается до объекта.

Татьяна Дементьева
инженер-технолог

Статья подготовлена на основе материалов компании Fraser-antistatic (Великобритания)

Феномен статического электричества известен давно, и каждый из нас сталкивается с проявлениями его почти ежедневно. При одевании или снимании одежды из синтетического материала, контакте с экраном телевизора или компьютера зачастую возникает ощутимый электрический разряд. В современном мире эффект статического элект­ричества получил широкое практическое применение (печатные и копировальные аппараты, окраска). Однако раз­ряд статического электричества может привести и к трагическим последствиям.

Впервые возможности статического электричества вызывать возникновение взрыва и пожара были обнаружены в 1893 г. американцем Рихтером, который пытался улучшить процесс сухой химчистки одежды и попробовал ввести порошок магнезии в бензол, используемый в процессе чистки, для увеличения его токопроводности.

В топливной и химической индустрии проблему возникновения зарядов статического электричества начали глубо­ко изучать В начале 30-х гг., после нескольких взрывов на заводах компании SHELL. На морском же транспорте изучением этой проблемы занялись несколько позже, в середине 60-х гг., опять же после серии взрывов на танкерах, которые перевозили сырую нефть. Были проведены фундаментальные исследования в области возникновения зарядов статического электричества на танкерах при различных технологических операциях и определены международные тре­бования по предотвращению образования электростатических разрядов.

Рассмотрим природу образования электростатического заряда.

Причины возникновения зарядов статического электричества. Существует три этапа, последовательно приводящих к возникновению опасности воспламенения горючих смесей при воздействии статического электричества, а именно:

Разделение заряда;

Накопление заряда;

Разряд статического электричества.

Известно, что атомы состоят из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются отрицательно заря­женные частицы - электроны. Сумма всех отрицательных зарядов в теле по абсолютному значению равна сумме всех положительных зарядов в нем, поэтому в целом тело электрически нейтрально и не имеет заряда.

Электроны, находящиеся на периферийных орбитах атома, могут сравнительно легко покидать свое место и переходить на орбиты атомов другого тела или вещества. Тот атом, который потеряет электроны, будет испытывать их недостаток и получит положительный заряд. Атом-же, на орбиты которого перейдет оторвавшийся электрон, будет иметь избыток электронов, а заряд его станет отрицательным. Иначе говоря, при перемещении электронов с орбиты одного атома на орбиту другого происходит перераспределение зарядов, и при этом один атом получает положительный заряд, а другой отрицательный. Такие заряженные атомы называются ионами.

При электризации тел заряды не создаются, а только разделяются: часть отрицательных зарядов переходит с одного тела на другое.

Например, при трении эбонитовой палочки о шерсть, эбонит получает отрицательный заряд, а шерсть заряжается положительно.

Перетекшие электронов происходит только в случае взаимодействия атомов с различной плотностью электронов.

Всякий раз, когда в контакт входят два неоднородных материала, на поверхности, разделяющей эти материалы, происходит разделение заряда. Эта поверхность может разделять два твердых тела, твердое тело и жидкость или две несмешивающиеся жидкости. На поверхности раздела заряд одного знака, например положительного, перемещается от материала А к материалу В таким образом, что эти материалы становятся соответственно положительно и отрица­тельно заряженными. Пока материалы А и В неподвижны и контактируют друг с другом, заряды находятся чрезвы­чайно близко друг к другу. В таком случае незначительная разность потенциалов между зарядами противоположного знака не представляет какой-либо угрозы.

Интенсивное разделение зарядов происходит в результате таких действий, как:

Прохождение потока жидкости через трубы или мелкоячеистые фильтры,

Осаждение частиц твердого тела или несмешивающейся жидкости через другую жидкость,

Выброс мелких капель или частиц из сопла,

Всплескивание или взбалтывание жидкости при ее соприкосновении с твердой поверхностью,

Сильное трение друг о друга некоторых материалов.

Когда заряды разъединяются, между ними образуется большая разность потенциалов. При этом в окружающем пространстве также происходит распределение разности потенциалов, иначе говоря, формируется электрическое поле (т. е. во время мойки танка при распылении жидкости электростатическое поле возникает во всем объеме танка).

Если в электростатическое поле поместить незаряженный проводник, то он получит примерно такой же потенци­ал, как и поле, в котором он находится. Более того, поле приводит в движение заряды внутри проводника, заряд одного знака притягивается полем к одному концу проводника, на другом же конце проводника формируется равный по величине заряд противоположного знака. Заряды, разделенные таким образом, называются индуцированными, они накапливаются в электростатическом поле.

Заряд может возникать и там, где не происходит непосредственного контакта между заряженными телами, а также при воздействии на материал другого заряженного тела, что вызывает формирование положительных и отрица­тельных ионов. Например, при прохождении грозового облака над высоким зданием или судном, в последних фор­мируются положительные и отрицательные ионы, хотя непосредственного контакта между материалами или зарядами не было. Это приводит к тому, что одно и то же вещество или тело может нести противоположные заряды.

Вокруг заряженного тела происходит формирование электрического поля, своего рода отображение простран­ства вокруг заряженного тела. В двух противоположных точках электрического поля определяется разность потенциа­лов в вольтах. Напряженность электрвстатнческвге пвля впределяется в вольтах на метр (В/м).

В однородном электрическом поле напряженность поля определяется как разность потенциала на метр. Величина напряженности поля определяет возможность возникновения разряда. В сухом воздухе искровой электрический раз­ряд может произойти при величине напряженности электрического поля около 3 000 000 В/м. Однако если поместить в поле заземленный проводник, то даже при слабой напряженности поля можно получить значительный электричес­кий разряд.

Накопление заряда. Ранее разделенные заряды стремятся вновь соединиться между собой и нейтрализовать друг друга. Этот процесс известен как релаксация заряда. Если один из материалов или оба эти материала, несущие электростатический заряд, обладают низкой токопроводностыо, то повторное соединение зарядов затруднено и дан­ный материал аккумулирует (накапливает) заряд на себе.

Время, в течение которого сохраняется заряд, характеризуется временем релаксации

данного материала, которое соотносится с его токопроводностью. Чем меньше токопроводность

материала, тем больше период релаксации заряда.

Если же проводимость материала высока, то заряды соединяются очень быстро, тем самым препятствуя процессу их разъединения, в результате чего происходит очень незначительное аккумулирование заряда или же он не аккумули­руется совсем. Материал с такой проводимостью может сохранять или аккумулировать заряд только в том случае, если он окружен диэлектриком. При этом скорость потери им заряда будет зависеть от времени релаксации диэлект­рика.

Можно сказать, что наиболее важным фактором, определяющим время релаксации материала, является его электропроводность.

Все материалы по степени их токопроводиости условно можно разделить на три основные группы.

Первая группа - проводники. К твердым проводникам относится большинство металлов, а к жидким - целый диапазон водных растворов солей, включая морскую воду. Человеческое тело, более чем на 60% состоящее из воды, также является проводником электрического тока. К важным свойствам жидких проводников относится не только их неспособность удерживать электрический заряд, если они не изолированы, но и почти мгновенное разряжение, если они изолированы и существует возможность электрического разряда. Иными словами, полученный заряд распростра­няется равномерно по всему материалу, а при соприкосновении с заземлением мгновенно исчезает.

Очень часто разряды между двумя проводниками происходят в виде искры, в таком случае они гораздо опаснее, чем разряды, возникающие между проводником и диэлектриком. При релаксации заряда между проводником и ди­электриком возникают не искровые, а коронные или кистевые разряды.

Вторая группа - диэлектрики или изоляторы. Если заряд возникает только в месте соприкосновения или разъеди­нения материалов, то такие материалы называются диэлектриками.

Заряженные диэлектрики доставляют заряд в место, где может произойти непосредственный контакт заряда с проводником. Сильно заряженные диэлектрики могут непосредственно инициировать воспламеняющие искры. Жид­кости рассматриваются как диэлектрики, если их проводимость менее 50 пикоСименсов на метр (пСм/м) с периодом релаксации не более 0,35 с. Такие жидкости зачастую называют аккумулирующими статическое электричество. К ним относятся чистые нефти и чистые нефтепродукты (дистилляты), сжиженные газы.

Третья группа представляет собой ряд жидкостей и твердых материалов с промежуточной токопроводностью. Яркий пример - темные нефти, сырые нефти, спирты, ацетон и др.

Когда напряженность электрического поля достигаетопределенной величины, может произойти разряд поля, который имеет различные формы. Для воспламенения паровоздушной смеси необходимо, чтобы электростатический разряд был достаточно мощным. Было установлено, что для воспламенения паровоздушной смеси пропана достаточ­но, чтобы между электродами произошел разряд с выделением энергии в 0,2 мДж, а для воспламенения паровоздуш­ной смеси аммиака потребуется разряд в 600 раз мощнее.

Существуют следующие формы электростатических разрядов.

Корона - ионное излучение голубоватого цвета. Его можно увидеть на острых углах или вантах при некоторых погодных условиях. Это сияние известно под названием «Огни Святого Эльма». Такое излучение не несет в себе достаточно энергии для возникновения пламени.

Северное, или полярное, сияние - это слабые лучи, сформированные из очень маленьких искр, испускаемых заряженными острыми углами или выступами конструкций в направлении заряженных облаков или тумана. Такое свечение может возникнуть в танках супертанкеров, оно также не несет в себе достаточной энергии для возникнове­ния пламени.

Искра возникает только в том случае, если напряженность электрического поля достигает некоторой критической величины. Ионный луч увеличивается с повышением напряженности поля, и конечный результат такого увеличения - возникновение настоящей искры. При большой напряженности поля образуется разряд, более известный как мол­ния. Однако если мы поместим в электрическое поле заземленный проводник, то возникнет искровой разряд, доста­точный для воспламенения смеси даже при малых величинах напряженности поля.