Статическое напряжение это: Статическое напряжение | Статьи ЦентрЭнергоЭкспертизы

Разное

Содержание

Статическое напряжение и методы устранения

С явлением этим сталкивался каждый из нас. Всем знакомы искры и потрескивания в волосах при снятии синтетической одежды или неприятные разряды электрического тока при прикосновении к металлическим предметам, другому человеку или животными. Происходит это благодаря статическому электричеству – разряду электростатического заряда накапливающегося под воздействием многих факторов на поверхности различных предметов, в том числе и человеческого тела.

Причинами накопления зарядов являются нестойкие атомарные связи, приводящие к потере электронов и накопления электрического положительного заряда. Спровоцировано это может быть различными излучениями (рентгеновским, ультрафиолетовым, радиациями), некоторыми технологическими и физическим процессами, среди которых пальма первенства принадлежит трению. Например, образуются статические заряды при трении жидкостей о стенки трубопроводов, одежды из синтетики, кузова автомобиля о воздух или подвижных частей технологического оборудования, что является причиной возникновения статического электрического потенциала, который может достигать:

  • на теле человека до 6 кВ;
  • на кузове автомобиля до 10 кВ;
  • на приводном ремне ременной передачи – 25 кВ.

Попробуем разобраться, насколько опасны такие величины статического напряжения, и каким образом с ними бороться.

Вредные воздействия электростатического напряжения

Величина электрического тока, возникающая при электростатическом разряде, угрозы жизни человека не представляет. Ограниченная мощностью разряда она составляет доли миллиампера и вызывает лишь кратковременное болевое ощущение, однако, длительное нахождение под воздействием электростатики влечет за собой проблемы центральной нервной системы и нарушения психики. Кроме того из-за рефлекторных реакций человека в производственных условиях возрастает риск травматизма.

Более критична к статическому напряжению дорогостоящая техника, в частности чувствительная электроника. Накопления статического потенциала могут выводить из строя полупроводниковые приборы, приводить к порче элементы микроэлектроники, в том числе и при производстве аппаратуры. Но главная опасность статики в производственных условиях (для взрывоопасных и пожароопасных производств) таится в том, что при возможных разрядах возникают искры, энергии которых достаточно для воспламенения присутствующих в воздухе примесей.

Меры защиты от статического напряжения

Избавиться от возникновения электростатического напряжения, как от физического явления невозможно, однако можно существенно снизить или полностью нейтрализовать его влияние.
В бытовых условиях эффективной мерой является увлажнение воздуха, так уже при относительной влажности в 85% накопления электростатического заряда практически не происходит. Среди других мер можно упомянуть:

  • предпочтения в пользу натуральной одежды (хлопок, лен) и отказ от синтетики;
  • применение антистатического напольного покрытия;
  • применение антистатиков.

Основной мерой защиты от статического напряжения в производственных условиях является защитное заземление любого оборудования и предметов, способных накапливать электрические заряды. Благодаря надежному соединению с заземляющим контуром заряды стекают в землю, исключая возможность их накопления. При организации рабочих мест, связанных со сборкой и наладкой высокочувствительной электроники, заземлению подвергается стол, токопроводящее напольное покрытие и сиденье стула, сам оператор одет в токопроводящую одежду и обувь, в ряде случаев используется заземление инструмента и заземляющие браслеты.

Как правило, заземление справляется с проблемами снятия статического напряжения, тем не менее, для уменьшения его воздействия применяют:

  • поддержание относительной влажности воздуха на уровне не ниже 65-70%;
  • снижение удельного сопротивления поверхностей, которые накапливают заряды;
  • ионизацию воздуха при помощи нейтрализаторов (высоковольтных, индукционных).

Применение комплекса защитных мер позволяет полностью снять статическое напряжение.

Смотрите также другие статьи :

Гармоники кратные 3-м

Гармоники образуют импульсные источники питания бесчисленной электробытовой техники, источники бесперебойного питания, энергосберегающие люминесцентные лампы и т.д. Характерной чертой симметричной трехфазной сети при сбалансированных нагрузках является сдвиг токов на 120°, как следствие суммарный ток нейтрального провода имеет нулевое значение.

Подробнее…

Для чего нужно заземление

Само по себе напряжение для жизни человека опасности не несет – можно находиться под потенциалом без ущерба для здоровья, угроза возникает при прохождении через тело человека электрического тока. Безопасным считается ток, не превышающий 1 миллиампера, однако уже сила тока в 50 мА может привести к остановке сердца.

Подробнее…

Виды статического электричества. Возникновение и удаление статики

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 удаление статических зарядов

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

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

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

Разряд

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

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

Молния

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

Электронные компоненты

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

Образование статического электричества в потоках возгораемых и горючих материалов

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

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

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

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

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

Перекачивание топлива

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

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

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

Озонное растрескивание

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

Энергия статического разряда

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

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

Применение статики

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

Похожие темы:

Что такое статическое электричество — Лайфхакер

Откуда берётся статическое электричество

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

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

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

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

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

Как проявляется статическое электричество

1. Электрический разряд

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

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

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

2. Притягивание предметов

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

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

3. Отталкивание предметов

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

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

Чем может быть опасно статическое электричество

Это явление способно привести к ряду опасных последствий.

1. Воспламенение

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

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

2. Производственные нарушения

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

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

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

3. Удар молнии

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

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

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

Как избежать появления статического электричества

1. Повышайте влажность

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

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

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

2. Применяйте натуральные материалы

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

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

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

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

3. Используйте заземление

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

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

Антистатический браслет / aliexpress.com

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

Читайте также
🧐

откуда берется статическое электричество и как от него избавиться – Москва 24, 14.

09.2015

Иллюстрация: Полина Бреева

Статическое электричество – это явление, спровоцированное появлением или исчезновением избыточного напряжения на поверхности или внутри материалов, не проводящих электрический ток (стекла, пластика и других). Их называют диэлектриками, в их молекулярной структуре почти отсутствуют свободные электроны. Как появляется этот эффект и каким образом с ним можно бороться, объяснили наши друзья из Детского центра научных открытий «ИнноПарк».

Статическое электричество появляется из-за нарушения равновесия внутри атома или молекулы. На внешних орбиталях образуется избыточное количество электронов либо их, наоборот, становится недостаточно. Наиболее распространенная причина нарушения этого равновесия – трение. Даже самая гладкая, зеркальная поверхность имеет микровыступы, неровности, шероховатости. Трение есть всегда и в любых средах: твердой, жидкой и газообразной.

Резкий перепад температур также может стать причиной электризации. Происходит изменение скорости движения и, соответственно, количества столкновений или колебаний атомов внутри кристаллической решетки или молекулы. Как следствие – спонтанное отделение электронов, которые могут скапливаться, тем самым создавая статический заряд.

В быту мы часто сталкиваемся с этим эффектом. Когда мы ходим по ковру, мы являемся носителями отрицательного заряда, а ворсинки у нас под ногами – положительного. Как только мы после такой прогулки возьмем в руки ключи, накопленное напряжение мгновенно разрядится и нас слегка тряхнет.

Особенно настойчиво статическое электричество преследует нас в холодное время года. Зимой низкая влажность, а на человеке больше одежды. Сухость плюс много диэлектриков – плодотворная среда для электризации. На шерстяном свитере и синтетической кофте хорошо скапливаются заряды. Бояться нечего, небольшие разряды статического электричества не могут нанести вреда человеку.

Если вам все же неприятно, вот несколько практических рекомендаций:

Ссылки по теме

1проложите хлопковой тканью стопки бумаги, пластика или синтетики;

2распыляйте на ковры антистатик;

3смазывайте волосы специальными средствами и выбирайте фен со встроенным ионным излучателем;

4если у вас в квартире кондиционер, дополните его увлажнителем воздуха;

5брейте ноги, это серьезно уменьшает риск скопления заряда.

Если приемы не сработали, есть способ быстро избавиться от напряжения. Одной рукой коснитесь заземленной поверхности – трубы или радиатора отопления, а в другой сожмите металлический предмет – скажем, связку ключей.

Елена Стрижакова, Детский центр научных открытий «ИнноПарк»

О «Физике города»

Каждый день, просыпаясь утром, мы погружаемся в город, полный фактур, звуков и красок. Пока мы идем на работу и гуляем в парке, нам в голову приходит миллион вопросов о том, как же все вокруг нас устроено в этом огромном мегаполисе. Почему под нами дрожит земля, когда под нами проезжает поезд метро? И может ли в Москве произойти землетрясение? Какими видят нас люди из космоса?

Мы предложили коллегам из Детского центра научных открытий «ИнноПарк» дать ответы на наши вопросы и разъяснить, сколько велосипедистов нужно для освещения столицы, какие оптические иллюзии можно увидеть в городе и как начать экономить энергию, не выходя из дома. Так появился проект «Физика города». Новые вопросы и новые ответы ищите на нашем сайте по понедельникам и четвергам.

Немного теории о статическом электричестве

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.

3. 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. Важно, чтобы неопытные продавцы были заранее осведомлены о видах оборудования, чтобы не допустить ошибки в подборе устройств для применения в таких условиях.

Способность разряда провоцировать возгорание зависит от многих переменных факторов:

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

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 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) = 1/2 С U2

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 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.

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.

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.

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.

4. Удар электрическим током

Вопросу риска статического удара в условиях промышленного предприятия уделяется все больше внимания. Это связано с существенным повышением требований к гигиене и безопасности труда.
Удар током, спровоцированный статическим электричеством, в принципе, не представляет особой опасности. Он просто неприятен, если только не вызывает резкой реакции отклонения от объекта удара.

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 от наведенной индукции.

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.

Удар, спровоцированный 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.

Вернуться к списку для выбора раздела.


VI. Оценка минимального заряда, достаточного для воспламенения опасных атмосфер

При определении эффективности применения антистатического ионизатора ЕХ1250 во взрывоопасной среде может возникнуть вопрос о количественной оценке остаточного статического поля на предмет возможности привести к воспламенению или взрыву в опасной атмосфере, возникающей в производственном процессе.

Увы, на этот вопрос вряд ли есть точный и однозначный ответ, так как степень опасности зависит от того, способен ли накопленный заряд генерировать электрическое поле с достаточным напряжением, чтобы сформировать пробой на материале с последующим разрядом, содержащим энергию, большую, чем минимальная энергия воспламенения горючей атмосферы данного процесса.

Конечно, различные виды разрядов требуют различных условий для их возникновения, например, искровой разряд, кистевой разряд и т.д.

Самый лучший международный источник информации по теме, касающейся статических опасностей — это руководство IEC60079-32-1, но и оно не дает никаких точных значений напряжений, но тем не менее в разделе 7.1.5. «Невоспламеняющие разряды при операциях с жидкостями» утверждает следующее:

Опасность воспламенения может возникнуть при гораздо более низких напряжениях (обычно от 5 до 10 кВ), если изолированные проводники, такие, как плавающие металлические объекты или неправильно закрепленные элементы, находятся в емкости, или если контейнер имеет изолирующую подложку без точки контакта для заземления находящейся в нем жидкости и наполняется жидкостью, которая имеет достаточную проводимость для создания разрядов.

Далее раздел A.3. «Электростатические разряды» дает описание статического разряда:

А.3.2. Искры

Искра — это разряд между двумя проводниками, жидкими или твердыми. Она характеризуется ярко выраженным световым каналом разряда, несущим ток высокой плотности. Газ ионизирован на всю длину канала. Разряд очень быстрый и вызывает резкий треск.

Искра происходит между двумя проводниками, когда напряженность поля между ними превышает электрическую напряженность атмосферы. Разница потенциалов между проводниками, необходимая для пробоя, зависит как от формы так и от расстояния между проводниками. Для сравнения: напряженность пробоя для поверхностей плоских или с большим радиусом искривления при расстоянии 10 мм или более между ними составляет 3 МВм-1 (300 В на мм) в нормальном воздухе и увеличивается при увеличении расстояния.

Поскольку объекты, между которыми проскакивает искра, являются проводниками, преобладающая часть сохраненного заряда проходит через искру. В большинстве случаев на практике это рассеивает почти всю сохраненную энергию. Энергия искры между проводящим телом и проводящим заземленным объектом может быть вычислена по следующей формуле:

W = ½ Q V = ½ C V2,

где

  • W — рассеянная энергия в джоулях,
  • Q — количество заряда на проводнике в кулонах,
  • V — его потенциал в вольтах,
  • C — его емкость в фарадах.

Результатом расчета является максимальное количество энергии. Энергия искры будет меньше, если есть сопротивление в пути разряда на заземление. Типичные значения емкостей проводников даны в таблице ниже:

Таблица А.2 Значения емкостей типичных проводников
Объект Емкость в пФ
(1 пФ = 1х10-12 Ф)
Мелкие металлические предметы (наконечник шланга, ковш) от 10 до 20
Малые контейнеры (корзина, барабан до 50 л) от 10 до 100
Средние контейнеры (250 — 500 л) от 50 до 300
Крупные объекты (реакторы, окруженные заземленными структурами) от 100 до 1000
Тело человека от 100 до 200

Исходя из того, что искра может возникать как между жидкими, так и твердыми проводниками, мы можем принять в качестве примерной оценки нижнего порога для разряда в 5-10 кВ, что очень приблизительно и не учитывает ни форму проводников, ни состав и концентрацию газовой смеси.

Также в заключение можно сказать, что фактическая возможность пожара или взрыва всегда зависит не только от напряжения, но и емкости проводника и минимальной энергии воспламенения окружающей атмосферы данного производственного процесса.

Вернуться к списку для выбора раздела.

что это такое, польза и вред статического напряжения

Понятие о статическом электричестве знакомо всем из школьного курса физики. Статическое электричество возникает в процессе появления зарядов на проводниках, поверхностях различных предметов. Появляются они в результате трения, возникающего при соприкосновении предметов.

Что это такое — статическое электричество

Все вещества состоят из атомов. В атоме находится ядро, вокруг которого расположены в одинаковом количестве электроны и протоны. Они способны перемещаться из одного атома в другой. При движении формируются отрицательные и положительные ионы. Их дисбаланс приводит к тому, что возникает статика. Статический заряд протонов и электронов в атоме одинаков, но имеет разную полярность.

Статика появляется в быту. Статический разряд может происходить при низких токах, но высоких напряжениях. Опасности для людей в этом случае нет, но разряд опасен для электроприборов. Во время разряда страдают микропроцессоры, транзисторы и другие элементы схемы.

Причины возникновения статистического электричества

Возникает статика при следующих состояниях:

  • контакте или удалении друг от друга двух разных материалов;
  • резких перепадах температуры;
  • радиации, УФ-излучении, рентгеновских лучах;
  • работе бумагорезательной машины и раскроечных станков.

Статика часто возникает во время грозы или перед ней. Грозовые облака при движении по воздуху, насыщенному влагой, образуют статическое электричество. Разряд происходит между облаком и землей, между отдельными облаками. Устройство молниеотводов помогает провести заряд в землю. Грозовые облака создают электрический потенциал на металлических предметах, вызывающих легкие удары при прикосновении к ним. Для человека удар не опасен, но мощная искра способна вызвать возгорание некоторых предметов.

Каждый житель неоднократно слышал треск, который раздается при снятии одежды, удар от прикосновения к автомобилю. Это является следствием появления статики. Электроразряд чувствуется при нарезании бумаги, расчесывании волос, при переливании бензина. Свободные заряды сопровождают человека везде. Использование различных электрических устройств увеличивает их появление. Они возникают при пересыпании и измельчении твердых продуктов, перекачивании или переливании горючих жидкостей, при перевозке их в цистернах, при сматывании бумаги, тканей и пленки.

Заряд появляется в результате электрической индукции. На металлических корпусах автомобилей в сухое время года создаются большие электрические заряды. Экран телевизора или монитор компьютера способен заряжаться от воздействия луча, создаваемого в электронно-лучевой трубке.

Вред и польза от статистического электричества

Статический заряд пытались использовать многие ученые и изобретатели. Создавались громоздкие агрегаты, польза от которых была низкой. Полезным оказалось открытие учеными коронного разряда. Он широко используется в промышленности. С помощью электростатического заряда красят сложные поверхности, очищают газы от примесей. Все это хорошо, но существуют и многочисленные проблемы. Электроудары бывают большой мощности. Они способны иногда поражать человека. Это случается и дома, и на рабочем месте.

Вред статического электричества проявляется в ударах разной мощности при снятии синтетического свитера, при выходе из автомобиля, включении и выключении кухонного комбайна и пылесоса, ноутбука и микроволновой печи. Эти удары могут оказаться вредными.

Возникает статическое электричество, которое сказывается на работе сердечно-сосудистой и нервной систем. От него следует защищаться. Сам человек тоже часто является переносчиком зарядов. При соприкосновении с поверхностями электроприборов происходит их электризация. Если это контрольно-измерительный прибор, дело может окончиться его поломкой.

Ток разряда, принесенного человеком, своим теплом разрушает соединения, разрывает дорожки микросхем, уничтожает пленку полевых транзисторов. В результате схема приходит в негодность. Чаще всего это происходит не сразу, а на любом этапе в процессе работы инструмента.

На предприятиях, обрабатывающих бумагу, пластмассу, текстиль, материалы часто ведут себя неправильно. Они склеиваются друг с другом, прилипают к различным видам оборудования, отталкиваются, собирают много пыли на себя, наматываются неправильно на катушки или бобины. Виной этого является возникновение статического электричества. Два одинаковых по полярности заряда отталкиваются друг от друга. Иные, один из которых заряжен положительно, а другой — отрицательно, притягиваются. Так же ведут себя и заряженные материалы.

На полиграфических предприятиях и в других местах, где используются в работе легковоспламеняющиеся растворители, возможно возникновение пожара. Это происходит в тех случаях, когда на операторе надета обувь с токонепроводящей подошвой, а оборудование не имеет правильного заземления. Способность возгорания зависит от следующих факторов:

  • типа разряда;
  • мощности разряда;
  • источника статического разряда;
  • энергии;
  • наличия поблизости растворителей или других горючих жидкостей.

Разряды бывают искровыми, кистевыми, скользящими кистевыми. От человека исходит искровой разряд. Кистевой возникает на заостренных частях оборудования. Энергия его настолько мала, что он практически не вызывает угрозы пожара. Кистевой разряд скользящий возникает на листовых синтетических, а также на рулонных материалах с разными зарядами на каждой стороне полотна. Опасность он представляет такую же, как искровой разряд.

Поражающая способность — главный вопрос для специалистов по технике безопасности. Если человек держится за бобину и сам находится в зоне напряжения, его тело тоже зарядится. Для снятия заряда нужно обязательно прикоснуться к заземлению или к заземленному оборудованию. Только тогда заряд уйдет в землю. Но человек при этом получит сильный или слабый электрический удар. В результате происходят рефлекторные движения, которые иногда приводят к травме.

Длительное пребывание в заряженной зоне приводит к раздражительности человека, к снижению аппетита, ухудшению сна.

Пыль из производственного помещения удаляется с помощью вентиляции. Она скапливается в трубах и может воспламениться от статистического искрового разряда.

Как снять статическое электричество с человека

Самое простейшее средство защиты от него — заземление оборудования. В условиях производства используются для этой цели экраны и иные приспособления. В жидких веществах применяются специальные растворители и присадки. Активно используются антистатические растворы. Это вещества с низкой молекулярной массой. Молекулы в антистатике легко перемещаются и вступают в реакцию с влагой, содержащейся в воздухе. За счет этой характеристики с человека снимается статика.

Если обувь оператора на токонепроводящей подошве, он должен обязательно прикоснуться к заземлению. Тогда уход статического тока в землю нельзя будет остановить, но человек получит сильный или слабый удар. Действие статического тока мы чувствуем после ходьбы по коврам и паласам. Удары током получают водители, выходящие из машины. От этой проблемы избавиться легко: достаточно прикоснуться к двери рукой, сидя на месте. Заряд стечет в землю.

Хорошо помогает проведение ионизации. Делается это с помощью антистатической планки. Она имеет много иголок из специальных сплавов. Под действием тока в 4-7кВ воздух вокруг разлагается на ионы. Используются и воздушные ножи. Они представляют собой антистатическую планку, через которую вдувается воздух и очищает поверхность. Заряды статики активно образуются при разбрызгивании жидкостей, обладающих диэлектрическими свойствами. Поэтому для снижения действия электронов нельзя допускать падающей струи.

Желательно использовать антистатический линолеум на полу и чаще проводить уборку с помощью средств бытовой химии. На предприятиях, связанных с обработкой тканей или бумаги, проблему избавления от статики решают смачиванием материалов. Повышение влажности не дает накапливаться вредному электричеству.

Чтобы снять статику, необходимо:

  • увлажнять воздух в помещении;
  • обрабатывать ковры и паласы антистатиками;
  • протирать сиденья в машине и в комнатах антистатическими салфетками;
  • чаще увлажнять кожу на себе;
  • отказаться от синтетической одежды;
  • носить обувь на кожаной подошве;
  • предотвращать появление статики на белье после стирки.

Хорошо увлажняют атмосферу комнатные цветы, кипящий чайник, специальные приспособления. Антистатические составы продаются в магазинах бытовой химии. Они распыляются над ковровой поверхностью. Можно изготовить антистатик самостоятельно. Для этого берут смягчитель ткани (1 колпачок), выливают в бутылку. Затем емкость наполняется чистой водой, которую разбрызгивают над поверхностью ковра. Салфетки, смоченные антистатиком, нейтрализуют заряды на обивке сидений.

Увлажнение кожи производится лосьоном после душа. Руки протираются несколько раз в день. Следует поменять одежду на натуральную. Если она заряжается, обработать антистатиками. Рекомендуется носить обувь с кожаной подошвой или ходить по дому босиком. Перед стиркой желательно насыпать на одежду ¼ стакана соды (пищевой). Она снимает разряды электричества и смягчает ткань. При полоскании белья можно добавить в машину уксус (¼ стакана). Сушить белье лучше на свежем воздухе.

Все перечисленные меры помогают нейтрализовать статические проблемы.

Как снять статическое электричество

Статическое электричество – это физическое явление, связанное с формированием, накоплением электрических зарядов на поверхности материалов, не обладающих электропроводящими качествами. Процесс накопления статического электричества протекает везде, где имеются электромагнитные поля, т.е. для жителя планеты Земля риск его формирования имеется постоянно.

Основные причины возникновения

Основанием для формирования статического заряда служит контактная электроизоляция на границе соприкосания 2-х материалов. Или, попросту говоря, возникновение статического заряда происходит при контакте (трении) диэлектрических поверхностей друг с другом либо с изолированными проводящими поверхностями, имеющими противоположный заряд. Материалы с наименьшей электропроводностью, способны в наибольшей степени формировать электрический заряд.

К отрицательным эффектам такого явления относят:

— искрообразование;

— притяжение;

— отталкивание.

Возможные пути ликвидации

В доме отрицательные последствия статического электричества могут доставить огромное число неудобств его хозяевам. При минимальной силе тока величина разряда может достигать нескольких десятков киловольт, что для человека является слабым болевым шоком. Функцию накопителей электрических зарядов обычно выполняют бытовые электроприборы, предметы обихода (ковры, кресла) или же сам человек. Величина разряда также обуславливается рядом факторов: наличие пыли в воздухе, уровнем влажности, а также типов материалов, используемых в отделке помещений.

Поэтому для устранения статического электричества в доме:

— производите установку заземления корпусов электробытовых приборов;

— используйте увлажнители воздуха, так как влажный воздух характеризуется прекрасной электропроводностью;

— по возможности проводите частые влажные уборки, ликвидируйте токопроводящую пыль;

— применяйте в отделке природные материалы;

— используйте антистатические средства;

— по возможности минимизируйте количество ковров и пр. вещей из синтетических материалов;

— выбирайте одежду из натуральных тканей.

В завершении, хочется добавить, что в бытовых условиях достижение величины электростатического пробивного напряжения не хватает для возникновения угрозы воспламенения либо пожара.

электричества — Какое напряжение в среднем у коврового статического электричества? Можете ли вы сделать это смертельным?

Следует отметить, что здесь задействовано много переменных.

Величина напряжения, генерируемого статическим разрядом, зависит от метода, используемого для получения статического удара, и используемых материалов. Этот пост — интересный взгляд на ситуацию.

Сопротивление человека составляет , очень трудно измерить количественно и зависит от условий, таких как влажность, пол, тип тела, часть тела, путь напряжения и то, что на нем надето.Сопротивление кожи человека составляет от 1000 до 100000 Ом долларов (хотя некоторые говорят, что это около 5000-15000 Ом), а внутреннее — от 300 до 1000 Ом. На практике мы можем рассматривать полное сопротивление человека как сопротивление кожи, входящей внутрь, внутреннее сопротивление и сопротивление кожи, выходящей последовательно, общее сопротивление — это сумма всех сопротивлений. Таким образом, $ R_ {total} = R_ {skinIn)} + R_ {internal} + R_ {skinOut} $.

Ток (то, что на самом деле убивает людей) основан на них и определяется законом Ома, который гласит, что $ I = V / R $.

Хотя около 40000 В $ обычно достаточно, чтобы привести к летальному исходу, также стоит отметить, что, хотя ток основан на напряжении, люди пережили прикосновение абсурдного количества напряжения и жили. По данным Гиннесса, наибольшее количество зарегистрированных при жизни было получено в размере 340 000 долларов США Гарри Ф. Макгрю, который вступил в прямой контакт с линией электропередачи. Обычный статический шок составляет около 500 долларов США, максимальная — около 21000 долларов США.


С учетом сказанного, из большинства источников, которые я могу найти в Google, общее мнение говорит о примерно 0 долларов.1-0.2A $ может убить человека. Но я считаю, что это только тогда, когда есть устойчивый ток , хотя я не могу найти, как долго он должен поддерживаться в среднем (я полагаю, они никогда не проверяют его, потому что мы не хотим, чтобы люди умирали. ).

Соответствующее уравнение, которое может объяснить необходимость постоянного тока: $ Q = I * T $, где заряд равен току, умноженному на время его подачи. Если $ T $ (время) очень мало, как в случае статических ударов, общий заряд невелик, почти независимо от приложенного напряжения.

По имеющимся у нас данным, в случае, если это , наибольшая вероятность убить кого-то имеет низкое сопротивление (возможно, это здоровый парень, который мокрый, и ток не проходит через большую часть тела другого человека) , мы получаем $ I = V / R = 21000 В / 2300 Ом = 9,1 А $, но это кажется абсурдно высоким. Также имейте в виду, что это применяется для крошечных промежутков времени, вероятно, доли десятой секунды.

Из по крайней мере вероятных (и, вероятно, более точных, учитывая, что мы никогда не наблюдаем этого), чтобы убить кого-то, используя данные на данный момент, составляет $ I = V / R = 500V / 100000Ohms = 0.005A $ применяется за одно и то же время, на долю десятых долей секунды.

Реальное значение может быть где-то между этими двумя, но я уверен, что оно больше ближе ко второму, чем к первому.

Шокирующая правда о статическом электричестве

Удар, вызванный статическим электричеством, показывает, как вы можете получить больше энергии, чем вы могли себе представить.

Статическое электричество возникает, когда электроны прыгают между двумя объектами, имеющими противоположные электрические заряды.Потрясающее рукопожатие происходит, когда у одного человека есть отрицательный заряд, а у другого — нет.

Все материалы состоят из молекул, и все молекулы имеют крошечные атомы, вокруг которых плавают положительно заряженные протоны, нейтральные нейтроны и отрицательно заряженные электроны. В большинстве случаев атом нейтрален с таким же количеством протонов и электронов.

Когда в атоме числа протонов и электронов неравны, начинается танец электронов.

Если вы поместите два разных материала рядом друг с другом, электроны начнут прыгать с одного материала на другой.Проводящие материалы, такие как металлы и углерод, прочно удерживают свои электроны. В то время как изоляционные материалы, такие как пластик, могут заряжаться от трения, потому что они легко приобретают или теряют электроны.

Mystery Monday

Каждый понедельник эта серия LiveScience исследует удивительный аспект окружающего вас мира.

Что происходит

В 600 г. до н.э. греческий философ Фалес заметил, что некоторые комбинации материалов обладают большей способностью вызывать искры, чем другие.

Материалы можно каталогизировать в порядке их склонности к заряду, от положительного к отрицательному. Чем ниже элемент находится в списке, тем больше вероятность, что он привлечет больше электронов и станет отрицательно заряженным. Трение предметов на большом расстоянии друг от друга в списке создает больший заряд, чем предметы, расположенные ближе друг к другу.

Например, полировка стеклянной пластины шелковым шарфом электризует шарф, так что он действует как магнит. В еще более разрозненных концах серии трение кроличьей шерсти о тефлоновую сковороду генерирует дополнительное электричество.

Когда вы шагаете по шерстяному ковру в кожаной обуви, ваши туфли собирают с ковра лишние электроны с каждым шагом.

К тому времени, когда вы оторвете ногу от земли, электроны распространятся по всему вашему телу, давая вам отрицательный заряд. В следующий раз, когда вы поставите ногу на ковер, в вашей обуви не будет лишних электронов, а в голове будет. Так что больше электронов поднимется к вам на ногу.

«Продолжая идти по полу, вы наполняетесь электронами, — сказал Тодд Хабинг из Лаборатории электромагнитной совместимости Университета Миссури-Ролла.«В конце концов, больше электронов не захотят подлететь к вам, потому что вы так заряжены. У вас будет высокое напряжение, примерно от 20 000 до 25 000 вольт».

Это серьезная сила на кончиках ваших пальцев, учитывая, что в обычной розетке на стене напряжение всего около 100 вольт.

Вот и пропало

Электроны как непостоянные друзья. Несмотря на то, что вы их в первую очередь привлекли, они не любят задерживаться надолго и всегда ищут выход.

Когда вы тянетесь к положительно заряженной дверной ручке, электроны убегают, и вас сбивают.

«Напряжение достаточно высокое, чтобы, когда вы находитесь на расстоянии примерно дюйма друг от друга, воздух вырывался и образовывалась искра», — пояснил Хабинг.

От воздействия вашего напряжения воздух между вашей рукой и ручкой становится очень горячим и мгновенно превращается в плазму, четвертое состояние вещества, которое отличается от твердых тел, жидкостей или газов.

Плазма излучает яркую вспышку.Захватывающее световое шоу работает как молния. Подобно грому, хлопок является результатом быстрого расширения и сжатия воздуха.

Статическое электричество создает проблемы для производителей электроники, поскольку сильный заряд может повредить электронные компоненты, такие как картриджи для видеоигр.

Прекратите это

Увлажнение воздуха помогает снизить статическое электричество.

Электроны легче накапливаются в сухих местах. Во влажные дни удары менее распространены, потому что тонкий слой молекул воды покрывает большинство поверхностей, что позволяет электронам течь более свободно и делает почти все проводящим и свободным от статического электричества.

Брызг воды поможет распутать юбки и успокоить отталкивающие волосы. Сушильные листы работают аналогично, покрывая падающую одежду проводящим веществом.

Некоторые рабочие на производстве должны соблюдать строгие правила в отношении одежды, избегая свитеров и головных уборов, которые могут способствовать возникновению статического электричества. Техники могут носить браслеты, прикрепленные к полу с помощью металлической проволоки, посылая дополнительные электроны из комнаты в землю.

Производственные предприятия также могут использовать ионизаторы воздуха для регулирования поведения электронов.

Машины наполняют воздух в комнате некоторыми молекулами, у которых отсутствуют электроны, и некоторыми молекулами, имеющими слишком много электронов, называемыми ионами. Когда они плавают по комнате в поисках баланса, электроны совпадают со своими противоположностями.

«Они могут нейтрализовать заряд человека», — пояснил Хабинг. «Ионизаторы предотвращают накопление статического электричества. Но они лишь умеренно эффективны».

Что такое статическое электричество? | Живая наука

Статическое электричество может быть неприятностью или даже опасностью.Энергия, заставляющая ваши волосы встать дыбом, также может повредить электронику и вызвать взрывы. Однако при правильном контроле и манипулировании он также может стать огромным благом для современной жизни.

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

Причины накопления статического заряда

Одной из частых причин накопления статического заряда является контакт между твердыми материалами.Согласно Гавайскому университету, «когда два объекта трутся друг о друга для создания статического электричества, один объект отдает электроны и становится более положительно заряженным, в то время как другой материал собирает электроны и становится более отрицательно заряженным». Это связано с тем, что один материал имеет слабо связанные электроны, а другой имеет много вакансий во внешних электронных оболочках, поэтому электроны могут перемещаться от первого к второму, создавая дисбаланс заряда после разделения материалов. Согласно Северо-Западному университету, материалы, которые могут таким образом терять или приобретать электроны, называются трибоэлектрическими.Один из распространенных примеров этого — шарканье ногами по ковру, особенно при низкой влажности, которая делает воздух менее проводящим и усиливает эффект.

Поскольку одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, они имеют тенденцию перемещаться к концам заряженного объекта, чтобы уйти друг от друга. По данным Библиотеки Конгресса, именно из-за этого волосы становятся дыбом, когда ваше тело получает статический заряд. Когда вы затем касаетесь заземленного металлического предмета, такого как винт на пластине выключателя света, это обеспечивает путь к земле для заряда, накопившегося в вашем теле.Этот внезапный разряд создает видимую и слышимую искру в воздухе между вашим пальцем и винтом. Это связано с большой разницей потенциалов между вашим телом и землей, которая может достигать 25000 вольт.

Опасности накопления статического заряда

По данным Управления по охране труда (OSHA), эти внезапные высоковольтные разряды не только вызывают болезненный шок, но и являются источником воспламенения горючих веществ. Статический шок также может повредить хрупкую электронику.По данным НАСА, простая искра от пальца может повредить чувствительные компоненты и сделать их непригодными для использования, поэтому необходимо принять меры предосторожности, такие как хранение печатных плат в проводящих пластиковых пакетах и ​​ношение заземляющих лент для постоянного отвода статического заряда от вашего тела.

Еще одним источником статического заряда является движение жидкости по трубе или шлангу. Если эта жидкость легковоспламеняющаяся, например бензин, искра от внезапного разряда может привести к возгоранию или взрыву. Люди, работающие с жидким топливом, должны проявлять большую осторожность, чтобы избежать накопления заряда и внезапного разряда.В интервью Дэниел Марш, профессор физики Южного государственного университета Миссури, предупредил, что при заливке бензина в машину всегда следует прикасаться к металлической части автомобиля после выхода, чтобы рассеять любой заряд, который мог образоваться при скольжении по поверхности. сиденье. Кроме того, покупая бензин для газонокосилки, вы всегда должны вынимать баллончик из автомобиля и ставить его на землю, заправляя ее. Это непрерывно рассеивает статический заряд и предотвращает его накопление, достаточное для возникновения искры.

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

Движущийся газ и пар также могут генерировать статический заряд. Самый известный случай этого — молния. По словам Мартина А. Умана, автора книги «Все о молнии» (Dover, 1987), Бенджамин Франклин доказал, что молния является формой статического электричества, когда он и его сын запустили воздушный змей во время грозы.Они прикрепили ключ к струне воздушного змея, и мокрая струна проводила заряд от облака к ключу, который испускал искры, когда он касался его. (Вопреки некоторым версиям легенды, в воздушный змей не ударила молния. Если бы это было так, результаты могли бы быть плачевными.)

Франклин фактически сформировал наше представление об электричестве. Он заинтересовался изучением электричества в 1742 году. До этого большинство людей думали, что электрические эффекты являются результатом смешивания двух разных электрических жидкостей.Однако Франклин убедился, что существует только одна электрическая жидкость и что у объектов может быть избыток или недостаток этой жидкости. По данным Университета Аризоны, он изобрел термины «положительный» и «отрицательный», относящиеся к избытку или недостатку. Сегодня мы знаем, что «жидкость» на самом деле была электронами, но их не открывали около 150 лет.

По данным Лаборатории реактивного движения, облака создают зоны статического заряда из-за капель теплой воды в восходящих потоках, обменивающихся электронами с холодными кристаллами льда в нисходящих потоках.По данным НАСА, потенциал между этими атмосферными зарядами и землей может превышать 300000 вольт, поэтому последствия удара молнии могут быть смертельными. При ударе молнии ток имеет тенденцию перемещаться по поверхности тела в процессе, называемом «внешний пробой», который может вызвать серьезные ожоги, особенно в начальной точке контакта. Однако, по данным Национальной метеорологической службы, часть тока может проходить по телу и повреждать нервную систему. Кроме того, сотрясение мозга от взрыва может вызвать внутренние травмы и необратимую потерю слуха, а яркая вспышка может вызвать временное или постоянное нарушение зрения.В качестве примера огромной энергии, высвобождаемой при ударе молнии, Марш рассказал Live Science о своем личном наблюдении за большим дубом, который буквально раскололся пополам паром под высоким давлением, созданным ударом молнии.

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

Применение статического электричества

Хотя статическое электричество может быть неприятным или даже опасным, как в случае статического электричества или статического разряда, в других случаях оно может быть весьма полезным. Например, статические заряды могут быть вызваны электрическим током. Одним из примеров этого является конденсатор, названный так потому, что он способен накапливать электрический заряд, аналогично тому, как пружина накапливает механическую энергию. Напряжение, приложенное к конденсатору, создает разницу зарядов между пластинами.Если конденсатор заряжен и напряжение отключено, он может сохранять заряд в течение некоторого времени. Это может быть полезно, как и в случае с суперконденсаторами, которые могут заменить перезаряжаемые батареи в некоторых приложениях, но это также может быть опасно. Электронное оборудование, такое как старые компьютерные мониторы с ЭЛТ и телевизоры, содержит большие конденсаторы, которые могут сохранять заряд до 25 000 вольт, что может привести к травмам или смерти даже после того, как устройство было выключено в течение нескольких дней.

Другой способ создания полезного статического заряда — механическое напряжение.В пьезоэлектрических материалах электроны можно буквально выдавить с места и заставить их покинуть область, которая находится под напряжением. Затем напряжение из-за возникающего дисбаланса заряда можно использовать для работы. Одним из приложений является сбор энергии, при котором маломощные устройства могут работать на энергии, производимой вибрациями окружающей среды.

Другое приложение — хрустальные микрофоны. Звуковые волны в воздухе могут отклонять диафрагму, соединенную с пьезоэлектрическим элементом, который преобразует звуковые волны в электрический сигнал.В обратном порядке электрический сигнал может заставить пьезоэлектрический преобразователь в громкоговорителе двигаться, воспроизводя, таким образом, звук.

На локальные статические заряды также может влиять интенсивный свет. Это принцип, лежащий в основе копировальных аппаратов и лазерных принтеров. В копировальных аппаратах свет может исходить от проецируемого изображения листа бумаги; в лазерных принтерах изображение наносится на барабан сканирующим лазерным лучом. Изначально весь барабан заряжается проводом коронального разряда, который испускает свободные электроны через воздух, используя тот же принцип, что и St.Элмо огонь. Электроны из проволоки притягиваются к положительно заряженному барабану. Затем изображение проецируется на фотопроводящий барабан, и заряд рассеивается из освещенных областей, в то время как темные области изображения остаются заряженными. Заряженные области на барабане могут затем притягивать противоположно заряженные частицы тонера, которые затем наматываются на бумагу, которая поддерживается положительно заряженным роликом и плавится на месте с помощью электрического нагревательного элемента.

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

Дополнительные ресурсы

Статическое электричество

Молния, наверное, самый узнаваемый эффект статики.
электричество.Создание миллионов и
миллионов напряжений, и все мы знаем, какой ущерб молния может нанести имуществу и
люди.

Еще один узнаваемый эффект статического электричества — это
шок, который вы получите, когда выскользнете из машины в сухую погоду и почувствуете
зап. Человеческое тело испытывает шок
когда напряжение выше примерно 3500 вольт.

При ходьбе по ковру может генерироваться напряжение 35 000 вольт. Модель E lectro s tatic D ischarge (ESD)
от этого напряжения может вызвать боль.В
выделения не опасны для жизни, но все равно болят.

Статическое электричество, относящееся к электронике
промышленность — это разрядка, которую вы не можете ни почувствовать, ни увидеть. См. Таблицу MIL-STD-263B (стр.
21) для типичных электростатических напряжений, которые могут быть вызваны тем, что мы
делать все время. Как показывает диаграмма
может генерировать меньшее количество статического электричества, и поскольку мы не видим или
почувствовать разряды менее 3500 вольт, может произойти повреждение чувствительных к статическому электричеству
устройства без нашего ведома.

(a) Немного исторической справки

В 1948 году Bell Labs помогла изобрести транзистор и
электронная промышленность начала расти. Развитие полевых МОП-транзисторов последовало в
1962. RCA была первой компанией, использовавшей
ИС в телевизоре в 1968 году. Первый процессор был представлен Техасом.
Инструменты в 1973 году. Прогресс продолжался.
И ИС начали становиться все меньше и меньше, а контроль ЭСР становился все труднее и
Сильнее.

В конце 1970-х (1978, чтобы быть ближе) стало очевидным
что недавно разработанные полевые МОП-транзисторы выходили из строя без видимой причины. Много работы ушло на то, чтобы определить, почему они
выходили из строя, и след повреждения привел к тому, что проблема заключалась в статическом электричестве.

Это было началом изучения того, как контролировать эти
обвинения. Было много неверующих
в конце 70-х — начале 80-х считалось, что статический заряд не может повредить
или разрушить интегральные схемы.Даже сегодня
Есть некоторые инженеры, которые считают, что статика — это преувеличенная проблема.

Сегодня большинство компаний осознают ценность полного
программа статического контроля.

Реализация программы статического контроля может стоить несколько долларов.
(песо) вначале, но в долгосрочной перспективе может сэкономить деньги, повысить
надежность продукта и повышение репутации компании в этой области.

(б) Статическое электричество и ИС

Устройства имеют разные уровни чувствительности.Таблица из стандарта MIL-STD-1686C и перепечатана в
Руководство по ESD Awareness Guide от ESD Systems предоставит вам частичный список
различные устройства и уровни их чувствительности.

Пересмотренный уровень чувствительности для компонентов, чувствительных к электростатическому разряду.
показано в документе ESD Association ESD-STM5.1-1998 (Электростатический
Проверка чувствительности к разряду (ESD)) на стр. 2. Он перепечатан здесь, потому что это важная информация, когда вы
определить уровень вашей программы ESD

Компонент

HMB ESDS
Классификация

Класс

Диапазон напряжения

0

<250

1A

от 250 до <500

500 до <1000

от 1000 до <2000

2

от 2000 до <4000

3A

4000 до <8000

> или + 8000

(в)
Наблюдения

Статическое электричество на низких уровнях напряжения реально даже
хотя вы не можете этого почувствовать или увидеть.

Интегральные схемы имеют разные уровни
чувствительность.

Программа систематического контроля статического электричества может добавить к вашему
чистая прибыль компании (прибыль).

Откуда берется статическое электричество и как оно работает

Статическое электричество — неотъемлемая часть повседневной жизни. Это повсюду вокруг нас, иногда забавное и очевидное, например, когда волосы встают дыбом, иногда скрытые и полезные, как когда они запряжены электроникой в ​​вашем мобильном телефоне.Сухие зимние месяцы — высокий сезон для досадного недостатка статического электричества — электрических разрядов, таких как крошечные молнии, когда вы касаетесь дверных ручек или теплых одеял, только что вынутых из сушилки для одежды.

Статическое электричество — одно из старейших научных явлений, которые люди наблюдали и описывали. Греческий философ Фалес Милетский сделал первый отчет; в шестом веке до нашей эры. Он отметил, что если натереть янтарь достаточно сильно, к нему начнут прилипать мелкие частицы пыли.Триста лет спустя Теофраст продолжил эксперименты Фалеса, натерев различные виды камней, а также обнаружил «силу притяжения». Но ни один из этих натурфилософов не нашел удовлетворительного объяснения увиденному.

Прошло еще почти 2000 лет, прежде чем было впервые придумано английское слово «электричество», основанное на латинском «electricus», означающем «как янтарь». Некоторые из самых известных экспериментов были проведены Бенджамином Франклином в его стремлении понять основной механизм электричества — что является одной из причин, почему его лицо улыбается от 100-долларовой банкноты.Люди быстро осознали потенциальную пользу электричества.

Конечно, в 18 веке люди в основном использовали статическое электричество в фокусах и других представлениях. Например, «эксперимент с летающим мальчиком» Стивена Грея стал популярной публичной демонстрацией: он использовал лейденскую банку, чтобы зарядить молодежь, подвешенную на шелковых шнурах, а затем показал, как он может переворачивать страницы книги с помощью статического электричества или поднимать небольшой объекты, просто используя статическое притяжение.

Опираясь на идеи Франклина, в том числе его осознание того, что электрический заряд бывает положительного и отрицательного, и что общий заряд всегда сохраняется, мы в настоящее время понимаем на атомном уровне, что вызывает электростатическое притяжение, почему оно может вызывать мини-молнии и как использовать то, что может мешать, в различных современных технологиях.

Что это за крошечные искры?

Статическое электричество сводится к силе взаимодействия между электрическими зарядами. В атомном масштабе отрицательные заряды переносятся крошечными элементарными частицами, называемыми электронами. Большинство электронов аккуратно упаковано внутри материи, будь то твердый и безжизненный камень или мягкая живая ткань вашего тела. Однако многие электроны также находятся прямо на поверхности любого материала. Каждый материал удерживает эти поверхностные электроны со своей собственной характеристической силой.Если два материала трутся друг о друга, электроны могут вырваться из «более слабого» материала и оказаться на материале с более сильной силой связи.

Этот перенос электронов — то, что мы называем искрой статического электричества — происходит постоянно. Печально известные примеры — это дети, скатывающиеся с горки на игровой площадке, шаркающие ноги по ковру или кто-то, снимающий шерстяные перчатки, чтобы пожать друг другу руки.

Но мы чаще замечаем его действие в засушливые зимние месяцы, когда воздух имеет очень низкую влажность.Сухой воздух является электрическим изолятором, а влажный воздух — проводником. Вот что происходит: в сухом воздухе электроны захватываются на поверхности с большей силой связи. В отличие от влажного воздуха, они не могут найти путь обратно к поверхности, откуда они пришли, и они не могут снова сделать распределение зарядов однородным.

Статическая электрическая искра возникает, когда объект с избытком отрицательных электронов приближается к другому объекту с меньшим отрицательным зарядом — и избыток электронов достаточно велик, чтобы электроны «подпрыгивали».«Электроны текут от того места, где они скопились — например, на вас после того, как вы прошли по шерстяному ковру — к следующему предмету, с которым вы соприкасаетесь, не имеющему избытка электронов — например, к дверной ручке.

Когда электронам некуда деться, заряд накапливается на поверхности, пока не достигнет критического максимума, и разрядится в виде крошечной молнии. Дайте электронам место для движения — например, вытянутый палец — и вы наверняка почувствуете удар.

Сила мини-искр

Хотя иногда это раздражает, количество заряда статического электричества обычно довольно мало и довольно невинно.Напряжение может примерно в 100 раз превышать напряжение типичных розеток. Однако об этих огромных напряжениях не о чем беспокоиться, поскольку напряжение — это всего лишь мера разницы в зарядах между объектами. «Опасная» величина — это ток, который показывает, сколько электронов течет. Поскольку обычно в статическом электрическом разряде передается всего несколько электронов, эти разряды довольно безвредны.

Тем не менее, эти маленькие искры могут быть фатальными для чувствительной электроники, например, аппаратных компонентов компьютера.Небольшой ток, переносимый всего несколькими электронами, может быть достаточно, чтобы случайно их поджарить. Вот почему работники электронной промышленности должны оставаться «заземленными». Быть заземленным означает просто поддерживать проводное соединение с землей, что для электронов выглядит как «дом» по пустой магистрали. Заземлиться легко, прикоснувшись к металлическому компоненту или держа ключ в руке. Металлы — очень хорошие проводники, поэтому электроны с радостью отправляются туда.

Более серьезная угроза — электрический разряд вблизи горючих газов.Вот почему желательно заземлить себя, прежде чем прикасаться к насосам на заправочных станциях; Вы не хотите, чтобы случайная искра воспламенила паразиты бензина. Или вы можете приобрести антистатический браслет, который широко используется рабочими в электронной промышленности для безопасного заземления людей перед тем, как они начнут работать с очень чувствительными электронными компонентами. Они предотвращают накопление статического электричества с помощью проводящей ленты, которая обвивается вокруг вашего запястья.

В повседневной жизни лучший способ уменьшить накопление заряда — это использовать увлажнитель для увеличения количества влаги в воздухе.Также большое значение может иметь поддержание вашей кожи влажной с помощью увлажняющего крема. Сушильные салфетки предотвращают накопление заряда во время сушки одежды, нанося небольшое количество смягчителя ткани на ткань. Эти положительные частицы уравновешивают свободные электроны, а эффективный заряд сводится к нулю, а это означает, что ваша одежда не выйдет из сушилки липкой и прилипшей друг к другу. Вы можете натереть ковры кондиционером для белья, чтобы предотвратить накопление заряда. И последнее, но не менее важное: одежда из хлопка и обувь на кожаной подошве — лучший выбор, чем шерстяная одежда и обувь на резиновой подошве, если у вас действительно есть статическое электричество.

Использование статического электричества

Несмотря на неудобства и возможные опасности статического электричества, оно определенно имеет свои преимущества.

Многие повседневные применения современных технологий в значительной степени зависят от статического электричества. Например, аппараты и копировальные аппараты Xerox используют электрическое притяжение для «приклеивания» заряженных частиц тона к бумаге. Освежители воздуха не только создают приятный запах в комнате, но и действительно устраняют неприятные запахи, снимая статическое электричество с частиц пыли, тем самым устраняя неприятный запах.

Точно так же в дымовых трубах современных заводов используются заряженные пластины для уменьшения загрязнения. По мере того, как частицы дыма поднимаются вверх по дымовой трубе, они собирают отрицательные заряды с металлической сетки. После зарядки они притягиваются к пластинам на других сторонах дымовой трубы, которые заряжены положительно. Наконец, заряженные частицы дыма собираются на поддоне с собирающих пластин и могут быть утилизированы.

Статическое электричество также нашло свое применение в нанотехнологиях, где оно используется, например, для улавливания одиночных атомов лазерными лучами.Затем этими атомами можно манипулировать для любых целей, например, в различных вычислительных приложениях. Еще одно захватывающее применение в нанотехнологиях — это управление наношариками, которые с помощью статического электричества можно переключать между надутым и свернутым состоянием. Эти молекулярные машины однажды смогут доставлять лекарства в определенные ткани тела.

Статическое электричество прошло два с половиной тысячелетия с момента его открытия. Тем не менее, это любопытство, неприятность, но также доказано, что это важно для нашей повседневной жизни.


Себастьян Деффнер — доцент кафедры физики Университета Мэриленда, округ Балтимор. Соавтором этой статьи является Мухаммед Ибрагим , системный инженер компании, занимающейся разработкой экологического программного обеспечения. Он проводит совместное исследование с доктором Себастьяном Деффнером по уменьшению вычислительных ошибок в квантовой памяти. Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons.Прочтите оригинальную статью .

Как работает статическое электричество?

Ответ

Нарушение баланса между отрицательными и положительными зарядами в объектах.

Две девочки «наэлектризованы» во время эксперимента в Центре науки о свободе «Camp-in», 5 февраля 2002 г. «История Америки», Библиотека Конгресса.

Вы когда-нибудь шли через комнату, чтобы погладить свою собаку, но вместо этого получали шок? Возможно, вы сняли шляпу в засушливый зимний день и испытали на себе «волосы дыбом»! Или, может быть, вы прилепили воздушный шарик к стене после того, как потерлись им о свою одежду?

Почему это происходит? Это волшебство? Нет, это не волшебство; это статическое электричество!

Прежде чем понять статическое электричество, нам сначала нужно понять основы атомов и магнетизма.

Молодой человек сидит рядом с машиной электростатического воздействия Хольца, Колледж Дикинсона, 1889 год. Каталог эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса.

Все физические объекты состоят из атомов. Внутри атома находятся протоны, электроны и нейтроны. Протоны заряжены положительно, электроны заряжены отрицательно, а нейтроны нейтральны.

Следовательно, все состоит из зарядов. Противоположные заряды притягиваются друг к другу (от отрицательного к положительному).Одинаковые заряды отталкиваются друг от друга (от положительного к положительному или от отрицательного к отрицательному). В большинстве случаев положительный и отрицательный заряды уравновешиваются в объекте, что делает его нейтральным.

Статическое электричество является результатом дисбаланса между отрицательными и положительными зарядами в объекте. Эти заряды могут накапливаться на поверхности объекта, пока не найдут способ высвободиться или разрядиться. Один из способов разрядить их — через цепь.

Группа молодых женщин, изучающих статическое электричество в обычной школе, Вашингтон, округ Колумбия.К. Фрэнсис Бенджамин Джонстон, фотограф, около 1899 г. Отдел эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса

При трении определенных материалов друг о друга могут передаваться отрицательные заряды или электроны. Например, если вы потереть обувь о ковер, ваше тело собирает лишние электроны. Электроны цепляются за ваше тело до тех пор, пока их не освободят. Когда вы дотрагиваетесь до своего пушистого друга, вы испытываете шок. Не волнуйтесь, это только избыточные электроны, которые вы передаете своему ничего не подозревающему питомцу.

А как насчет того опыта «пробуждения волос»? Когда вы снимаете шляпу, электроны переходят от шляпы к волосам, создавая интересную прическу! Помните, объекты с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга. Поскольку у них одинаковый заряд, у вас волосы встанут дыбом. Ваши волосы просто пытаются уйти как можно дальше друг от друга!

Морской пехотинец использует жезл статического разряда для снятия избыточного статического электричества перед тем, как прикрепить гаубицу M777 к вертолету CH-53E Super Stallion во время комплексной тренировки с перегрузкой в ​​базовом лагере морской пехоты Пендлтон, 12 апреля 2017 годаКапрал Фрэнк Кордова, фотограф. Галерея изображений Министерства обороны США

Когда вы трете воздушный шар о свою одежду, и он прилипает к стене, вы добавляете избыток электронов (отрицательные заряды) на поверхность воздушного шара. Стена теперь заряжена более положительно, чем воздушный шар. Когда они соприкасаются, воздушный шар будет прилипать из-за правила притяжения противоположностей (от положительного к отрицательному).

Дополнительную информацию о статическом электричестве и экспериментах см. В разделах «Интернет-ресурсы» и «Дополнительная литература».

ВМС США выпускают пороховые фляги из латуни для предотвращения случайного воспламенения пороха из-за искр или статического электричества. Поле битвы в Уилсон-Крик, 2010 г. Служба национальных парков США, NP Gallery

Опубликовано: 19 ноября 2019 г. Автор: Справочная секция по науке, Библиотека Конгресса

Шокирующие истины статики

Мы все, наверное, испытали это на себе. Громкий POP, который раздается, когда вы касаетесь металлической дверной ручки в сухой день.На месте вашей руки появляется крошечная вспышка света, когда вы быстро отдаете ее в ответ на ощущение покалывания, которое этот удар вызывает в вашей руке. Все это вызвано небольшой искрой раздражающего явления, известного как статическое электричество.

Сама искра — это то, с чем вы, вероятно, знакомы. Однако вы можете не знать, что крошечная искра между вашей рукой и дверной ручкой может выпустить по воздуху тысячу вольт. Это очень большое число, и не только потому, что в нем три нуля.Он также чрезвычайно высок по сравнению с другими источниками питания, с которыми вы, возможно, более знакомы. Ниже приведена диаграмма, на которой показано напряжение ряда различных источников питания.

Вы, наверное, уже поняли, что совать палец в стандартную розетку — не лучшая идея. Если это так, то почему статические разряды, которые создают напряжение почти в 10 раз, не вызывают большего ущерба? Дело в том, что при обсуждении электричества необходимо учитывать не только напряжение. При оценке опасности поражения электрическим током необходимо учитывать три вещи.

Напряжение (вольт) — это количественное выражение разности потенциалов в заряде между двумя точками в электрическом поле.

Сопротивление (Ом) — это сопротивление, которое вещество оказывает протеканию электрического тока. Чем толще вещество, через которое проходит энергия, тем меньше сопротивление.

Ток (ампер) — это поток электрического заряда, переносимый движущимися электронами.

Когда говорят о смерти от электрического тока, необходимое напряжение зависит от тока, протекающего через тело, и продолжительности тока.Закон Ома (ток = напряжение / сопротивление) гласит, что потребляемый ток зависит от сопротивления тела. Ниже приведен список, в котором обсуждается, как определить летальность от поражения электрическим током.

  1. Чем выше ток, тем выше вероятность его летального исхода, поскольку он может вызвать фибрилляцию сердца. Поскольку при фиксированном сопротивлении ток пропорционален напряжению (что мы только что узнали из закона Ома), высокое напряжение не обязательно означает наличие большого тока.
  2. Чем больше продолжительность, тем больше вероятность летального исхода.
  3. Если ток протекает через сердечную мышцу, вероятность смертельного исхода выше.
  4. Высокое напряжение может увеличить вероятность летального исхода.
    1. Для высокого напряжения подумайте о 600 или более вольтах. На этом уровне кожа может стать поврежденной, что снизит сопротивление, которое она оказывает. По данным Национального института безопасности и гигиены труда (NIOSH) сопротивление человеческого тела может достигать 100 000 Ом.Однако влажная или сломанная кожа может снизить сопротивление тела до 1000 Ом, что является заметной разницей. После повреждения кожи ток электричества с большей вероятностью достигнет сердца, в зависимости от силы тока и продолжительности.

Исходя из приведенного выше списка, наиболее опасной частью электричества для человеческого тела является ток. В зависимости от человека всего лишь 0,2 ампера может быть смертельным из-за его воздействия на сердце. Это причина того, что гораздо более низкое напряжение сетевой розетки может вас убить.Средняя розетка, которую вы увидите в доме, выдает от 10 до 20 ампер для питания ваших электронных устройств. Типичное статическое электричество, с которым вы сталкиваетесь при прикосновении к дверной ручке, содержит ток, которым можно пренебречь. Вот почему 1000 вольт, вызванные хлопком при прикосновении к дверной ручке, не убивают вас.

Означает ли это, что статика безвредна?

Не совсем так. Мать-природа способна создать форму статического электричества, которая может убить вас мгновенно: молнию.Хотя ученые все еще работают над подтверждением своих теорий о связи молнии со статическим электричеством, у них есть рабочая теория о том, как облака становятся положительно заряженными.

Облака состоят из миллиардов крошечных частиц, подобных кристаллам льда. Эти частицы трутся друг о друга в облаке, потому что облака наполнены большими воздушными потоками. Когда эти кристаллы сталкиваются друг с другом, электроны переносятся, что приводит к положительному заряду. Часто эти заряды перемещаются из облака в облако по мере того, как положительные и отрицательные стороны притягиваются друг к другу.

Если стандартная искра статического электричества, выходящая из вашей руки на дверную ручку дома, может содержать 1000 вольт, то одна молния может содержать до миллиарда. Даже при таком большом заряде прямой удар молнии не обязательно гарантирует смерть. Фактически, согласно LiveScience, примерно 90 процентов пораженных молнией выживают после столкновения; однако выжившие часто страдают от длительных неврологических повреждений.

По данным Washington Post, только 3-5% всех смертей и травм вызваны прямым ударом молнии.50-55% связаны с ударами по земле, при которых ток распространяется на расстояние до 60 футов от контакта, а еще 30-35% вызваны боковым всплеском, в результате чего болт прыгает от объекта или человека к другому человеку.

Я замечаю статическое электричество при прикосновении к дверной ручке, но как молния — то же самое?

Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно понять, как создается статическое электричество, и понять, что нам нужно понять атом. Все физические объекты состоят из атомов.Внутри атома находятся протоны, электроны и нейтроны. Протоны заряжены положительно, электроны заряжены отрицательно, а нейтроны нейтральны.

В приведенном выше примере атома хлора вы можете видеть, что его ядро, центральный сгусток изображения, состоит из протонов (+ заряд) и нейтронов (нейтральный заряд) и окружено рядом электронов (- заряд ). Электроны и протоны притягиваются друг к другу в атоме, чтобы удерживать его вместе.Вот почему мы говорим: «противоположности притягиваются». Это также причина того, почему атомы обычно уравновешиваются тем же числом протонов, что и электронов. Однако бывают случаи, когда атом фактически теряет часть своих электронов другому атому, создавая один, который заряжен положительно, а другой — отрицательно. Статика существует, когда на объектах, разделенных чем-то, называемым изолятором, накапливаются такие противоположные заряды. Ниже приведено отличное видео, которое поможет объяснить процесс.

Эти изоляторы — предметы, ограничивающие передачу тепла или электричества.Сам по себе воздух является естественным электрическим изолятором, что имеет смысл при обсуждении статического удара и его передачи между телом человека и дверной ручкой. Тефлон, бумага и стекло также являются примерами такой изоляции.

Чтобы накопить заряд, необходимо тереть друг о друга различные предметы, чтобы они могли обмениваться электронами друг с другом. Вот пара примеров, где создается такая зарядка.

  1. Ваши волосы и пластиковая или резиновая расческа — Человеческие волосы заряжаются положительно (+), а расческа при использовании становится отрицательно (-).Поскольку подобные заряды отталкиваются, пряди волос отталкиваются друг от друга, особенно если они очень сухие. Поскольку волосы и расческа теперь имеют противоположные заряды, волосы будут пытаться прилипнуть к расческе.
  2. Кожа и одежда из полиэстера — Кожа может заряжаться положительно (+), особенно если она одета из полиэстера. Затем этот материал становится отрицательно заряженным. Когда заряженный объект приближается к контакту с проводником, заряды будут прыгать из положительно заряженного места, пока не смогут нейтрализовать атомы.Чем суше кожа, тем больше перевод.
  3. Облака и земля — ​​Молния от облака к земле возникает, когда нижняя часть облака наполняется отрицательным зарядом, и эти заряды притягиваются к положительно заряженной земле.

Есть ли другие опасности, связанные со статикой?

Есть, потому что это касается не только нас. Статическое электричество способно воспламенять газы и жидкости и было причиной (или, в некоторых случаях, предполагаемой причиной) многих пожаров и взрывов по всей стране и по всему миру.От пожаров на АЗС до взрывов на химических заводах — это реальная опасность, чреватая смертельными последствиями. Ниже приведены несколько примеров аварий, связанных со статическим электричеством.

  1. Считается, что взрыв после землетрясения на Аляске произошел, когда статическая искра воспламенила газ из негерметичной магистрали, в результате чего крыша взорвалась на 40-50 футов в воздух.
  2. Static, как полагают, вызвал пожар на юго-востоке штата Миссури, который закончился «почти 100 взрывами», причинив значительный ущерб нефтяной распределительной компании.
  3. Мужчина наполнил баллон с пропаном из кузова своего грузовика, вызвав статическую искру, которая воспламенила газ, вызвав взрыв, который нанес ущерб предприятию, пикапу и его прицепу, а также ранил сотрудников предприятия в Реддинге, Калифорния.
  4. Накопление статического электричества теперь приписывают взрыву дирижабля «Гинденбург» в 1937 году. Считается, что вода накапливалась на обшивке транспортного средства и собирала электрический заряд во время полета. Соединение посадочных тросов в конечном пункте назначения дирижабля создало внезапную искру, когда накопившийся заряд стремился уйти.Считается, что эта искра воспламенила небольшую утечку газа в автомобиле.

Могу ли я снизить потенциальный риск таких редких катастроф?

К счастью, со статикой можно бороться разными способами.

  1. Сухая кожа может вызвать накопление статического электричества, особенно зимой, когда воздух самый сухой. Увлажняющие средства могут помочь, но во многих случаях требуется увлажнение всего тела, чтобы кожа не высыхала.
  2. Одежда, которую вы носите, может увеличивать статическое электричество. Как мы узнали выше, полиэстер имеет тенденцию накапливать заряд. Одежда из 100% хлопка может снизить ваш риск.
  3. Существует ряд устройств, которые можно носить, чтобы уменьшить накопление заряда в теле. Эти устройства работают, чтобы замедлить разряд электронов, чтобы избежать образования искр.
  4. Факторы риска можно ограничить, контролируя влажность вашего дома или рабочего места. Статическое электричество более активно, когда воздух и окружающие материалы сухие.Как мы узнали в предыдущие месяцы, влажность зимой обычно намного ниже, и использование печи, чтобы оставаться в тепле, может сжечь дополнительную влагу из воздуха. Используя увлажнитель, вы можете лучше контролировать уровень влажности воздуха.

Какой бы подход вы ни выбрали, важно помнить, что он только помогает снизить вероятность возникновения проблемы. Объединение приведенного выше списка может помочь вам оставаться в большей безопасности, чем в противном случае. Какими бы редкими ни были взрывы, если их не остановить, вам, вашему дому и месту работы грозит серьезный ущерб.В конце концов, это результат, который может оказаться самым шокирующим.

Если вы хотите узнать больше о том, как контролировать влажность в вашем доме или учреждении, посетите https://dicksondata.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *