Статистическое напряжение это: Что такое статическое электричество — Лайфхакер — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Что такое статическое электричество — Лайфхакер

21 августа 2019Образование

Оно ломает ноутбуки, портит причёски и вызывает молнии.

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 ^{How Do You Prevent a Static Electricity Fire?.}

2. Производственные нарушения

От статического электричества особенно страдают ^{Anti-Static Control Problems in The Plastics Industry 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.

Немного теории о статическом электричестве

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, шнуров, мишуры) полярность заряда обычно не важна.

Вернуться к списку для выбора раздела.

IV. Измерение статического заряда

Измерение величины статического заряда является очень важной процедурой, которая позволяет обнаружить присутствие заряда, определить его амплитуду и породивший источник.

Как уже 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.

Приборы Fraser серии 710 собраны по представленной ниже схеме и измеряют напряжение на поверхности объекта.

А – напряжение в конденсаторе 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 Fraser 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.

Вернуться к списку для выбора раздела.

V. Четыре основные проблемы, связанные со статическим электричеством

1. Статический разряд в электронике

На эту проблему необходимо обратить внимание, т.к. она часто возникает в работе 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. При разряде образуется тепло, которое приводит к выжиганию 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.

2. 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 обратной пропорциональности квадрата расстояния.

В простой форме он выражается следующим образом:

Сила притяжения или отталкивания = Заряд А * Заряд В / Расстояние между объектами²

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 = &half; Q V = &half; 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.

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.

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.

Статическое электричество и способы борьбы с ним

С детства каждый из нас сталкивался с проявлениями статического электричества – когда гладил кошку или снимал шерстяной свитер, а затем прикасался к металлическому корпусу электроприборов. Данный эффект сопровождается тихим потрескиванием, а на кончиках пальцев ощущается весьма дискомфортное покалывание. Само по себе статическое электричество не является опасным, однако если природа его возникновения происходит от бытовой электросети, есть причины для волнения. Сегодня мы поговорим об этом явлении и изучим его с самых разных сторон.

Опасность от статического электричества исходит в том случае, если оно спровоцировано предварительным воздействием сетевого напряжения на корпус какого-либо прибора, который затем было отключён от сети. В этом случае мог накопиться большой заряд, способный серьёзно поразить человека током. Последствием этого могут стать ожоги или временное онемение конечностей, контактировавших с устройством. Порой в быту подобная опасность также может исходить от розеток из-за того, что при их обычной эксплуатации электроды вилки трутся о пластик и получают некоторый статический заряд, способный многократно усилиться за счёт окружающего электромагнитного поля.

Кроме того, статическое электричество может быть опасно не само по себе, а как фактор, провоцирующий возгорание. К примеру, маленькая искра, которая рождается от трения нескольких разнородных материалов, может перекинуться на соседние объекты. Пожары, причиной которых послужила электростатика, нередко происходят на складах зерна и различных ядохимикатов, а также топлива и любых алкогольсодержащих жидкостей. Все вещества, обладающие хорошей горючестью, а также мелкодисперсные порошки потенциально могут воспламениться от, казалось бы, совершенно безопасного статического электричества.

Среди иногда встречающихся негативных эффектов данного явления следует особо упомянуть электромагнитные помехи. Если статика проявляет себя возле приборов и устройств, имеющих чувствительные к радиоволнам компоненты, она способна сбить их настройки или даже вывести из строя конденсаторы. Из-за статического электричества могут возникать искажения сигнала при прослушивании радио или сбои в работе дистанционных пультов от телевизоров, подсветки из светодиодных лент, радиоуправляемых моделей или другого подобного оборудования.

Физика явления

Следует понимать, что типичные ситуации возникновения статического электричества обусловлены исключительно обстоятельствами, создающими предпосылки для возникновения разрядов. Подобные искры могут возникнуть абсолютно везде и в любой момент, если между предметами или веществами возникло трение. Заряд накапливается и на руке, если мы потрём ткань, и на автомобиле, когда он на скорости рассекает воздух, и на дверной ручке, которой постоянно касается одежда. В какой-то момент этот заряд снимается – и именно это явление сопровождается треском с искрой.

Чтобы понять природу электростатики, необходимо вспомнить, как устроен мир на молекулярном уровне. В основе всего лежит атом, которой состоит из трёх мельчайших частиц: электронов, заряженных отрицательно, протонов, заряженных положительно, и нейтронов, не имеющих заряда. В подавляющем большинстве тел и веществ первые и вторые количественно компенсируют друг друга, что в результате обеспечивает нейтральный заряд атомов. Если же несколько тел взаимодействуют между собой, то даже простое прикосновение или трение может придать электронам, имеющим очень малую массу, достаточно энергии, чтобы они перешли с одной поверхности на другую. Нетрудно понять, что в описанном случае у первого тела остаётся больше протонов, и оно приобретает выраженный положительный заряд, а второе тело, накопившее электроны, – отрицательный. Наметившийся дисбаланс системы начинает стремиться к восстановлению, а потому при повторном контакте свободные электроны пытаются «занять пустующие места» – оказаться там, где их не хватает. Именно момент перескока мы и наблюдаем в виде статического электричества.

К счастью, описанное явление случается не со всеми телами и не постоянно, иначе человек всё время бы получал разряды, взаимодействуя с объектами материального мира. Зачастую электроны, которые имеют слабую связь со своим атомным ядром присутствует в металлах – именно поэтому последние используются в качестве электрических проводников. Человечеству очень давно было известно это их свойство, потому провода и кабели с самого начала стали делать из меди и алюминия, полностью минуя этап подбора токопроводящих материалов. Отсюда логично заключить, что у диэлектриков, которые способны выполнять функцию изоляторов, электроны, наоборот, прочно связаны с ядрами и не могут свободно переходить на иные поверхности.

Природа устроила всё очень интересно: перераспределение зарядов чаще и проще происходит при взаимодействии проводника и диэлектрика, чем при контакте двух проводников, что на первый взгляд кажется нам более логичным. Если ребёнок бегает босыми ногами по шерстяному ковру, происходит трение и электроны из его тела перемещаются на волокна. Шерсть отлично сопротивляется отделению собственных электронов, но легко накапливает «чужие». Пока ребёнок на ковре, их совокупный заряд нейтрален, но стоит сойти с полотна, и в человеческом теле уже имеется выраженный недостаток электронов. Прикасаясь к металлической дверной ручке, которая всегда готова отдать часть своих электронов, ребёнок ощущает тот самый эффект покалывания и треск, которые сопровождают переход заряда. То есть, результатом описанных событий становится замещение переданных ковру электронов свободными электронами из металла ручки.

Фактически, тот же эффект, только гораздо масштабнее, лежит в основе образования молний. Облака в небе определённым образом взаимодействуют, что приводит к дисбалансу зарядов, а затем в один момент производят обратное перераспределение огромного количества электронов. Молния, которую мы видим, и есть тот самый обратный переход, сопровождаемый светом и звуком разряда – громом. Часть «лишнего» заряда поглощается землёй и постройками, а основное количество электронов занимают пустующие места в атомах доселе положительно заряженных облаков.

Как защититься от статического электричества?

В сущности, всё многообразие методов защиты от электростатики сводится к выбору из двух путей: либо необходимо создать условия для того, чтобы несвязанные электроны рассеивались сами по себе, не провоцируя переход со щелчком, либо предупредить само возникновение эффекта, не давая накопиться заряду. Самым простым способом избавиться от любых возможных электроударов статикой является банальное заземление электроприборов. Предполагается, что корпуса устройств, хоть и не находятся под напряжением непосредственно, могут постепенно накапливать заряд. Если мы обеспечим сток этого заряда в землю через отдельный кабель, то прикосновения к корпусу перестанут представлять угрозу для здоровья.

В бытовых приборах заземление обычно выполняется при помощи третьей жёлто-зелёной жилы в питающем шнуре. Она соединяется с соответствующим контактом в розетке и по проводу ведёт к заземляющему контуру на улице. В автомобилях и многих передвижных механизмах заземление ещё более очевидно: к кузову или корпусу крепится полоска из токопроводящего материала или цепочка, которая при езде касается асфальта и обеспечивает сток статического заряда в землю.

Ещё один широко известный способ избавиться от лишних электронов на предметах состоит в том, чтобы увеличить электропроводимость диэлектрических материалов. Сделав это, Вы получите возможность отводить излишний заряд на другие объекты, снижая суммарный потенциал. Нужный эффект достигается с применением различных спреев и аэрозолей, наносимых на предметы. Кроме того, на крупные приборы и устройства можно наклеивать специальные плёнки, собирающие заряд на себя. Принцип действия и у тех, и у других одинаков: просто во втором случае плёнка наклеивается сразу, а в первом она становится результатом высыхания состава на поверхности объекта.

Похожий эффект даёт и банальное увлажнение воздуха: если в доме высокая влажность, предметы мебели и другие поверхности приобретают тончайшую плёнку-налёт, которая обеспечивает повышенную электрическую проводимость. Ещё лучше ионизировать воздух в помещении: ионизатор сразу генерирует необходимое количество положительно и отрицательно заряженных частиц и выбрасывает их потоком при помощи вентилятора. Благодаря хорошему распространению, каждый ион быстро «находит своё место», притягиваясь к микрочастицам противоположной полярности и нейтрализуя заряд.

В промышленности, где любая искра может представлять серьёзную опасность, применяют другие подходы. К примеру, разрабатывают новые принципы осуществления производственного процесса, которые полностью исключают или минимизируют вероятность накопления заряда на поверхности станков и агрегатов, подготавливают микроклимат соответствующим образом, используют антистатические вещества при обработке оборудования и спецодежды персонала. За счёт того, что светильники и вспомогательные средства производства находятся вне зоны возможного касания человеком, снижается вероятность контакта между разнозаряженными телами и возникновения искры. На высокоопасных производствах сотрудники проходят через так называемую клетку Фарадея – это большой бокс, стенки которого сформированы из металлической сетки с маленькими ячейками. Конструкция перенимает на себя любой разряд и отводит его в землю по отдельному кабелю.

Интересные факты об электростатике

Специалисты различают три вида электростатического разряда. Рассмотрим их.

Искровой разряд возникает между двумя условно равнозначными объектами, сравнимыми по величине – например, человеком и электроприбором. Искра может иметь почти любую мощность, а потому при наличии в воздухе паров легковоспламеняющихся жидкостей возможен серьёзный пожар.
Кистевой разряд происходит между любым объектом и острым углом заряженного тела, являющегося диэлектриком. Его энергия значительно меньше, чем искрового, а потому уровень опасности считается ниже среднего. Данный разряд очень кратковременный и больше пугает треском, чем самим ударом.
Скользящий разряд может проявить себя при трении тонких листовых материалов – например, при сворачивании листа металла в рулон. Кроме того, накопление заряда возможно на этапе распыления какого-либо покрытия при условии последующего движения слоёв материала между собой. Величина разряда сопоставима с первым типом, хоть и немного меньше.

Статическое электричество нашло своё применение всего в нескольких областях человеческой жизни. В частности, его используют для демонстрации существования электричества как такового в лабораторных условиях – например, на школьных уроках физики. Использовать его для того, чтобы обеспечить работу лампочек, к сожалению, не представляется возможным.

В промышленности электростатику применяют для оптимизации процесса окрашивания различных деталей. Краску заряжают одной полярностью, а предмет – другой, и производят распыление. Благодаря взаимному притяжению качество и равномерность покраски увеличиваются, скорость обработки одной детали возрастает, а расход краски снижается минимум вдвое.

Похожий эффект применяется в лазерных принтерах с бумагой и графитовым порошком. Их заряжают разнополюсными зарядами и благодаря этому тонер чётко ложится на отведённые для этого места. Именно данный принцип в своё время позволил перейти от струйной и матричной печати к цифровой и лазерной.

Во всех остальных сферах электростатический разряд продолжает считаться нежелательным явлением, несущим дискомфорт и потенциальный вред. Не исключено, что уже в ближайшее десятилетние человек сможет найти полезное применение данному явлению и поставить его на службу цивилизации. Исследования в этом направлении ведутся уже сегодня, однако назвать день, когда мы увидим первые значимые результаты, сейчас ещё очень сложно.

Статическое электричество и электрический ток. В чем разница?

Наиболее существенное различие между статическим электричеством и «обычным» электричеством состоит в том, что в статическом электричестве заряды находятся в состоянии покоя и накапливаются на поверхности изолятора. В то время как при протекании тока электроны движутся внутри проводника. Другие различия между статическим электричеством и электрическим током объяснены ниже в сравнительной таблице.

Статическое электричество используется в различных машинах для борьбы с загрязнением, в машинной покраске, ксерографии и других сферах. Металлические пластины машины для борьбы с загрязнением преобразуют частицы грязи в статический заряд. Статические частицы грязи притягиваются к противоположной зарядной пластине машины для контроля загрязнения. Таким образом, накапливаются в устройстве и потом легко удаляются.

Сравнительная таблица

Основа для сравнения	Статичное электричество	Электрический ток
Определение	Электричество, которое накапливается на поверхности вещества, известно как статическое электричество.	Электрический ток возникает из-за направленного движения электронов.
Причины возникновения	Возникает из-за движения отрицательных зарядов от одного объекта к другому	Возникает из-за движения электронов
Вещество	Статическое электричество возникает как в проводнике, так и в изоляторе	Электрический ток возникает только в проводнике
Магнитное поле	Не наводит магнитное поле	Индуцирует магнитное поле
Временной период	Не может долго существовать	Может существовать долгое время
Измерительное устройство	Электроскоп с сусальным золотом	Аналоговый и цифровой измеритель
Примеры	«Молнии», возникающие при трении шариков о волосы и других предметов	Электрический ток используется для работы вентилятора, освещения, телевизора и других электроприборов.

Определение статического электричества

Слово «статичный» означает неподвижный. Электричество, при котором заряды остаются в покое на поверхности вещества, называется статическим электричеством. Статическое электричество возникает при трении предметов друг о друга.

Каждый объект состоит из крошечных частиц, называемых атомами. Атом состоит из ядра и свободных электронов. В ядре равное количество нейтронов и протонов. Электроны атома движутся по своей орбите. Свободные частицы части вещества слабо связаны между собой.

При трении двух объектов электроны со слабой связью «прыгают» с одного объекта на другой. Предметы, теряющие электроны, заряжаются положительно. И объект, который получает электроны, становится отрицательно заряженным. Между статическими объектами возникает потенциал, вызванный статическим электричеством.

Рассмотрим атомы волос и шара. Когда мы натираем шар волосами, между ними переносятся отрицательные заряды. Пусть отрицательный заряд движется от атома волоса и прибавляется к атому шарика. Таким образом, атомы волос становятся заряженными положительно, а атомы шара — отрицательно.

Между волосами и шаром возникает сила притяжения. Положительный и отрицательный заряды создают разность потенциалов между волосами и шаром. Таким образом, между ними возникает статическое электричество.

Определение электрического тока

Электричество, которое является направленным движением электронов, известно как электрический ток. Он развивается только на материале, имеющем свободные электроны. Ток используется для выполнения механических работ, таких как вращение электродвигателей, нагрева элементов (обогреватели), в химической промышленности, для освещения и многого другого. Магнитное поле также создается из-за протекания электрического тока.

AC (переменный ток) и DC (постоянный ток) — это типы электрического тока. При переменном токе заряды текут в обоих направлениях. А в постоянном токе заряды движутся только в одном направлении.

Вещество, состоящее из крошечных частиц, называемых атомом. У атома есть ядро и электроны. Электроны движутся по орбите атома, при этом ядро неподвижно. Вещества бывают двух типов — те, у которых есть слабосвязанные электроны, и те, у которых сильно ограниченные электроны.

Вещество, имеющее слабую связь между электронами и атомом, называется проводником. Когда к проводнику прикладывается внешняя сила (напряжение) электроны получают энергию и начинают перескакивать с одного атома на другой внутри проводника. Это движение электронов генерирует электричество, выделяя при этом тепло..

В неметаллах электроны сильно ограничены. Но в металлах электрон перескакивает с одного атома на другой из-за отталкивающего свойства зарядов. Движение электронов генерирует электрический ток.

Ключевые различия между статическим электричеством и электрическим током

Электричество, при котором заряды остаются статическими, называется статическим электричеством. В то время как электрический ток вырабатывается за счет перетекания зарядов.
Статическое электричество возникает из-за движения отрицательных зарядов от одного объекта к другому. Ток возникает из-за движения электронов в атомах проводника.
Статическое электричество возникает на поверхности изолятора и проводника, тогда как электрический ток возникает только в проводнике.
Магнитное поле образуется током, и оно не связано со статическим электричеством.
Статическое электричество «уходит» в течение короткого времени (например, разряда наэлектризованного предмета), тогда как электрический ток может существовать в течение длительного времени, до тех пор, пока на противоположных концах проводника будет присутствовать разность потенциалов, создаваемых источниками тока или напряжения (батареями, аккумуляторами и другими).
Электроскоп с сусальным золотом измеряет величину статического электричества, в то время как ток измеряют аналоговым или цифровым амперметром.
Удары молнии — это примеры статического электричества. Удары молнии происходят из-за того, что на поверхности облаков накапливается заряд. Для промышленных машин, освещения и бытовой техники такое статическое электричество не подходит, так как его пока невозможно “обуздать”. Поэтому для их работы используют обычный электрический ток, вырабатываемый электростанциями.

Вывод

Статическое электричество возникает из-за накопления объектом, или предметом, и “сохранением” зарядов в состоянии покоя. А электрический ток возникает из-за движения отрицательных зарядов.

Статическое электричество

Авторы
Руководители
Файлы работы
Наградные документы

Валуев Н.С. 1

1Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 50» г. Калуги

Биндич Т.Н. 1

1Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 50» г. Калуги

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

Все мы знакомы с явлением под названием электрический ток. Когда электроны по проводнику двигаются из пункта А в пункт Б, по пути делая еще кое-какую работу, которую задает им человек. Накалить утюг, остудить холодильник, показать нам интересный фильм. Они — электроны — как стая маленьких муравьишек, вместе способные горы свернуть. А провода для них — единственно возможный путь, с различными заданиями и препятствиями на нем. Электроны свободно бегут по проводам, потому что провода сделаны из специальных материалов — проводников. И тут, вроде бы, все понятно. Но есть материалы не проводящие электричество — диэлектрики. Они не дают электронам двигаться. И тут все, вроде бы, тоже понятно: нет электрического тока.

Однако вы удивитесь, что на поверхности диэлектрика может образоваться такое напряжение, какое не сыщешь ни в одной розетке. В сотни тысяч и даже в миллионы Вольт! И это тоже электричество. Люди зовут его “Статическое электричество”. Потому, что наши “муравьишки” никуда не бегут — они стоят на месте. Однако, желание их бежать так велико, что некоторое расстояние они могут “перепрыгнуть”, создавя тем самым завораживающее зрелище — электрический разряд или молнию.

Повзольте вам представить наше исследование статического электричества (далее — СЭ), цели которого: понять, что такое СЭ; увидеть СЭ, а для этого построить соответствующий прибор; получить СЭ при помощи янтаря и шерсти; увидеть молнию без тучи, а, возможно, даже научиться левитировать; и, наконец, сделать выводы из полученных результатов и предложить собственный вариант использования СЭ.

Задачи в рамках исследования:

Изучить проявления СЭ в быту и на производстве;

Построить прибор для обнаружения СЭ;

Исследовать полезные свойства СЭ и опасности связанные с его накоплением;

Поставить эксперименты по получению и использованию СЭ;

Сделать вывод по исследованию СЭ и применить полученный опыт.

Предмет исследования: причины возникновения и накопления СЭ, возможные пути предотвращения накопления СЭ, способы его утилизации и варианты использования СЭ на благо человечества. Объектом исследования является статическое электричество.

Гипотеза: изучив источники возникновения, свойства, принцип действия и существующие способы применения статического электричества, мы попытаемся поставить его на службу человечества.

Новизна: научно-обоснованное использование статического электричества — нового возобновляемого источника энергии.

Глава I

1.1 Определение и свойства.

Стати́ческое электри́чество — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объёме диэлектриков или на изолированных проводниках. [3]

Обычно атом находится в равновесном состоянии благодаря одинаковому числу положительных и отрицательных частиц — протонов и электронов. Электроны могут легко перемещаются 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. [2,5]

1.2 Причины возникновения и способы проявления.

Основным причинами возникновения СЭ можно назвать:

Контакт между двумя материалами и их отделение друг от друга (включая трение, намотку/размотку и пр.).

Быстрый температурный перепад (например, в момент помещения материала в духовой шкаф).

Радиация с высокими значениями энергии, УФ излучение, рентгеновские X-лучи, сильные электрические поля.

Резательные операции (например, на раскроечных станках ).

Наведение (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. [2,20]

1.3 Проблемы и опасности, связанные со статическим электричеством

Статический разряд в электронике. Ток разряда порождает тепло, которое приводит к разрушению соединений, прерыванию контактов и разрыву дорожек микросхем. Высокое напряжение уничтожает также тонкую оксидную пленку на транзисторах.

Электростатическое притяжение/отталкивание. Это 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.

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.

Статический удар. Если человек находится в электрическом поле и держится за заряженный объект, например, за намоточную бобину для пленки, возможно, что его тело зарядится и позже разрядится о заземленный объект, нанося электрическое поражение. 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.[2,21]

Глава II

2.1 Статическое электричество на службе у человека.

Статическое электричество в технике. Когда электризация тел полезна

Статическое электричество может быть верным помощником человека, если изучить его закономерности и правильно их использовать. Давайте рассмотрим некоторые существующие способы применения СЭ.

Маляр без кисточки

Движущиеся на конвейере окрашиваемые детали, например корпус автомобиля, заряжают положительно, а частицам краски придают отрицательный заряд, и они устремляются к положительно заряженной детали. Слой краски на ней получается тонкий, равномерный и плотный. Действительно одноименно заряженные частицы красителя отталкиваются друг от друга — отсюда равномерность окрашивающего слоя. Частицы, разогнанные электрическим полем, с силой ударяются об изделие — отсюда плотность окраски. Расход краски снижается, так как она осаждается только на детали. Метод окраски изделий в электрическом поле сейчас широко применяют в нашей стране.

Электрические копчености

Копчение — это пропитывание продукта древесным дымом. Частицы дыма не только придают продуктам вкус, но и предохраняют их от порчи. При электрокопчении частицы коптильного дыма заряжают положительно, а отрицательным электродом служит, например, тушка рыбы. Заряженные частички дыма оседают на поверхности тушки и частично поглощаются ею. Все электрокопчение продолжается несколько минут; прежде копчение считалось длительным процессом.

Электрический ворс

Чтобы получить в электрическом поле слой ворса на каком-либо материале, надо материал заземлить, поверхность покрыть клеящим веществом, а затем через заряженную металлическую сетку, расположенную над этой поверхностью, пропустить порцию ворса. Ворсинки быстро ориентируются в поле и, распределяясь равномерно, оседают на клей строго перпендикулярно поверхности. Так получают покрытия, похожие на замшу или бархат. Легко получить разноцветный узор, заготовив порции разного по цвету ворса и несколько шаблонов, которыми в процессе электроворсования прикрывают поочередно отдельные участки изделия. Так можно сделать многоцветные ковры.

Как ловят пыль

Чистый воздух нужен не только людям и особо точным производствам. Все машины из-за пыли преждевременно изнашиваются, а каналы их воздушного охлаждения засоряются. Кроме того, часто пыль, улетающая с отходящими газами, представляет собой ценное сырье. Очистка промышленных газов стала необходимостью. Практика показала, что с этим хорошо справляется электрическое поле. В электрическом поле газ в трубе ионизируется. Под воздействием поля частицы сажи движутся к трубе и осаждаются на ней, а очищенный газ выходит в атмосферу. Трубу время от времени встряхивают, и уловленные частицы поступают в бункер. Электрические фильтры на крупных тепловых электростанциях улавливают 99% золы, содержащейся в выходных газах.

Смешение веществ

Если мелкие частицы одного вещества зарядить положительно, а другого — отрицательно, то легко получить их смесь, где частицы распределены равномерно. Например, на хлебозаводе теперь не приходится совершать большую механическую работу, чтобы замесить тесто. Заряженные положительно крупинки муки воздушным потоком подаются в камеру, где они встречаются с отрицательно заряженными капельками воды, содержащей дрожжи. Крупинки муки и капельки воды, притягиваясь друг к другу, образуют однородное тесто.[2,26]

2.2. Эксперименты со статическим электричеством.

Детектор СЭ.

Для обнаружения статического электричества мы будем использовать статическое поле, образуемое им. Из выше сказанного следует, что, чтобы навести статический заряд, достаточно поместить предмет в статическое поле. Получая одноименный заряд, разные части этого предмета начинают отталкиваться друг от друга. Мы используем две довольно легкие пластины фольги, чтобы обнаружить даже небольшой заряд, проводник к ним, а также экранирующую колбу. (рис. 1)

Статическое электричество из янтаря.

Древнейший из опытов с электричеством. Когда-то люди еще не знали, что такое электричество или электрон, в нашем сегодняшнем понимании. Однако, они знали слово “электрон”, что в переводе с греческого означает янтарь. Именно на разряде наэлектролизованного янтаря древние люди влервые увидели электроны, летящие скрозь воздух. Гораздо позже, когда электрон-частица был открыт, ему дали имя электрона-янтаря в честь того самого, тогда необъяснимого явления.

Мы натрем янтарь шерстяным носком, вследствие чего он получит заряд. Поднесем его к металлическому предмету и увидим разряд.

Левитирующее кольцо.

Для этого опыта нам понадобятся: воздушный шар, ворсистая ткань, отрезок “дождика”.

Связываем два конца отрезка дождика, получается кольцо. Берем надутый шар у основания, максимально далеко от места, которое будем электролизовать с помошью ткани. Натираем “макушку” шара. Он получил заряд, что можно проверить поднеся шар к волосам. Далее бросаем на шар кольцо. Важно не дотрагиваться до кольца в момент касания им шара.

И, кольцо парит над шаром, имея с ним одинаковый заряд. Более того, кольцо приняло почти идеальную круглую форму, поскольку каждая его часть стремиться улететь от другой.

2.3. Выводы и предложения.

У каждого из нас дома несколько десятков электрических розеток. Современная розетка — трехконтактная. Два контакта — по которым течет электрический ток. Третий контакт используется для снятия статического электричества. Оно просто утилизируется в землю. В масшабах квартиры это небольшие заряды или потенциалы, но в масштабах многоквартирного дома или целого квартала — это Мегавольты электроэнергии. На предприятиях этот показатель гораздо больше. Все, что связано с трением, намоткой и разделением генерирует Гигавольты и десятки Гигавольт потенциала, которые тоже бесцельно утилизируются.

Обратно в электросеть вернуть это электричество довольно сложно, хотя есть и такие разработки. Однако, и разбрасываться таким потенциалом чересчур расточительно. Мы бы хотели предложить необычный способ применения статического электричества:

Сборка сложных молекул, например белков. Начинаем с простых молекул и, постепенно, “приклеиваем” к нему нужные нам вещества, заряжая то те то другие нужными нам зарядами. Так можно построить молекулу без сложных химических реакций и долгих биологических процессов. Представьте, что с одной стороны наша простая молекула, а с другой в отдельных контейнерах разные вещества из таблицы Менделеева. С помощью статического поля мы поворачиваем нашу молекулу нужным боком, заряжаем ее; а на вещество из таблицы менделеева подаем противоположный заряд. Оно движется в статическо поле и присоединяется к нашей молекуле в нужное место. И так далее, пока не получиться нужная нам сложная молекула.

Заключение

Что ж, пришло время подвести итоги. Мы изучили теоретические основы статического электричества. Раскрыли содержание определения статического электричества. Узнали, что заряд может образовываться на диэлетриках, совершенно не проводящих электричество, но способных быть причиной его возникновения. Узнали, что единицей заряда является куллон, и самый маленький заряд в природе — (- или +)1,6х10^-19— это заряд электрона и протона. Далее мы изучили все возможные способы проявления статического электричества в повседневной жизни человека и на производственных предприятиях. Узнали чем оно опасно и что можно предпринять, чтобы исключить возможный материальный ущерб или причение вреда жизни и здоровью человека.

Далее выяснили каким образом СЭ помогает человеку: позволяет нам красить сухой краской, придать более насыщенный вкус продуктам, создать необычные материалы для одежды и обуви, избавить промышленные предприятия от вредных выбросов, смешать разнородные вещества более быстро и качественно.

Затем мы построили прибор для обнаружения электростатического поля из подручных материалов. Это прототип прибора для измерения электрического заряла — электрометра. Показали как этектростатический заряд может поляризовать прибор посредством поля и передать часть своего заряда ему посредством разряда.

Мы провели наглядные опыты, иллюстрирующие электростатический разряд и электростатическое притяжение/отталкивание.

На основании изученного материала и полученного в ходе экспериментов опыта, нами было разработано предложение по сборке сложных молекул из простых.

Тема электричества и статического электричества в частности интересовала ученых всегда. Величайшие умы занимались выведением законов и изобретением установок в этой области на протяжении веков. Но, по нашему мнению, истинный потенциал кулоновских ваимодействий еще не раскрыт. Если весь Мир держится за счет только положительных и отрицательных зарядов, значит энергия их — почти безгранична. Надо просто правильно научиться ей пользоваться. И, возможно уже в следующем столетии, мы будем жить без автомобильных выхлопов, заводов, коптящих трубами, химических выбросов в атмосферу и воду, бездумного расходования водных ресурсов, ради добычи нефти или производства картона. .. Нужно просто немного подумать. Давайте селаем это вместе. Спасибо за внимание!

Список источников и литературы

Гудилин Е. А. Самосборка “Словарь нанотехнологических терминов” Роснано, 2012 г.

Казанжи К. К. “Статическое электричество. Новое в жизни, науке, технике М:, Знание, 1965 г.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Ампер,_Андре-Мари

https://ru.wikipedia.org/wiki/Вольта,_Алессандро

https://ru.wikipedia.org/wiki/Гилберт,_Уильям

https://ru.wikipedia.org/wiki/Кулон,_Шарль_Огюстин_де

https://ru.wikipedia.org/wiki/Статическое_электричество

Просмотров работы: 1512

Статическое электричество

Молния, вероятно, является наиболее узнаваемым эффектом статического электричества. электричество. Генерация миллионов и миллионы напряжений, и все мы знаем, какой ущерб может нанести молния имуществу и люди.

Другим узнаваемым эффектом статического электричества является шок, который вы получаете, выскальзывая из машины в сухую погоду и чувствуя зап. Человеческое тело испытывает шок когда напряжение выше примерно 3500 вольт.

Ходьба по ковру может генерировать 35 000 вольт. E lectro s tatic D ischarge (ESD) от этого напряжения может вызвать боль. выделения не опасны для жизни, но все равно больно.

Статическое электричество, связанное с электроникой промышленность — это разряд, который вы не можете ни почувствовать, ни увидеть. Обратитесь к таблице MIL-STD-263B (стр. 21) для типичных электростатических напряжений, которые могут генерироваться вещами, которые мы делать все время. Как показывает график может генерировать меньшее количество статического электричества, и поскольку мы не видим и не чувствовать разряды при напряжении менее 3500 вольт, может произойти повреждение чувствительных к статическому электричеству устройств без нашего ведома.

(a) Немного исторической справки

В 1948 году Bell Labs помогла изобрести транзистор и электронная промышленность начала расти. Разработка МОП-транзисторов последовала в 1962. RCA была первой компанией, использовавшей ИС в телевизоре в 1968 году. Первый процессор был представлен Техасом. Приборы 1973 года. Прогресс продолжается. и микросхемы стали становиться все меньше и меньше, а контроль электростатического разряда становился все сложнее и сложнее. Сильнее.

В конце 1970-х (ближе к 1978 году) стало очевидно, что недавно разработанные полевые МОП-транзисторы выходили из строя без видимой причины. Большая работа ушла на то, чтобы определить, почему они выходили из строя, и следы повреждений привели к тому, что проблема заключалась в статическом электричестве.

Это было началом обучения управлению этими обвинения. Было много неверующих в конце 70-х и начале 80-х считалось, что статический заряд не может повредить или уничтожить интегральные схемы. Даже сегодня есть некоторые инженеры, которые считают, что статика — это преувеличенная проблема.

Сегодня большинство компаний признают ценность полного программа статического контроля.

Внедрение программы статического контроля может стоить несколько долларов (песо) в начале, но в долгосрочной перспективе может сэкономить деньги, повысить надежность продукта и повысить репутацию компании в этой области.

(b) Статическое электричество и интегральные схемы

Устройства имеют различные уровни чувствительности. Диаграмма из MIL-STD-1686C и перепечатана в Руководство по осведомленности об электростатическом разряде от ESD Systems предоставит вам неполный 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 (электростатические Тестирование чувствительности разряда (ESD) на стр. 2. Он перепечатан здесь, поскольку это важная информация, когда вы определить уровень вашей программы ESD

Компонент HMB ESDS Классификация

Класс

Диапазон напряжения

0

<250

1А

от 250 до <500

1Б

от 500 до <1000

1С

1000 до < 2000

2

2000 до < 4000

3А

4000 до < 8000

3Б

> или + 8000

(с) Наблюдения

Статическое электричество при низких уровнях напряжения реально даже хотя вы не можете чувствовать или видеть его.

Интегральные схемы имеют разные уровни чувствительность.

Систематическая программа статического контроля может добавить к вашей итоговая прибыль компании (прибыль).

Шокирующая правда о статическом электричестве

Живая наука поддерживается аудиторией. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот почему вы можете доверять нам.
Шокирующая правда о статическом электричестве
Удар, вызванный статическим электричеством, показывает, как вы можете иметь больше силы, чем вы когда-либо могли себе представить.

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

Все материалы состоят из молекул, и все молекулы состоят из крошечных атомов с положительно заряженными протонами, нейтральными нейтронами и отрицательно заряженными электронами. Большую часть времени атом нейтрален с одинаковым количеством протонов и электронов.

Когда число протонов и электронов в атоме неравномерно, начинается танец электронов.

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

Таинственный понедельник

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

Почему земля — коричневая

Почему лягушки зеленые

Как вращаются дольфины, и почему

, что происходит на

, что происходит на

в 6002. имеют больший потенциал, чтобы заставить летать искры, чем другие.

Материалы могут быть занесены в каталог в порядке их склонности заряжаться, от положительного к отрицательному. Чем ниже элемент находится в списке, тем больше вероятность того, что он привлечет больше электронов и станет отрицательно заряженным. Растирание предметов, расположенных далеко 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. На еще более несопоставимых концах ряда трение меха кролика о тефлоновую сковороду вырабатывает дополнительное электричество.

Когда вы идете по шерстяному ковру в кожаных туфлях, ваша обувь при каждом шаге собирает дополнительные электроны с ковра.

К тому времени, как вы оторвете ногу от земли, электроны распространится по всему вашему телу, дав вам отрицательный заряд. В следующий раз, когда вы ступите ногой на ковер, в вашей обуви не будет лишних электронов, но в вашей голове они будут. Таким образом, больше электронов совершает прыжок к вашей ноге.

«Когда вы продолжаете ходить по полу, вы заполняетесь электронами», — сказал Тодд Хабинг из Лаборатории электромагнитной совместимости Университета Миссури-Ролла. «В конце концов, больше электронов не хотят приближаться к вам, потому что вы так заряжены. В итоге вы получаете высокое напряжение, примерно от 20 000 до 25 000 вольт».

Это серьезная мощность у вас под рукой, учитывая, что обычная электрическая розетка на стене дает всего около 100 вольт электричества.

Здесь и ушли

Электроны как непостоянные друзья. Несмотря на то, что они были привлечены к вам в первую очередь, они не любят долго торчать и всегда ищут выход.

Когда вы тянетесь к положительно заряженной дверной ручке, электроны улетают, и вы получаете удар.

«Напряжение настолько высокое, что, когда вы находитесь на расстоянии около дюйма друг от друга, воздух разрушается и возникает искра», — объяснил Хабинг.

От воздействия вашего напряжения воздух между вашей рукой и ручкой становится чрезвычайно горячим и мгновенно превращается в плазму, четвертое состояние вещества, отличное от твердого тела, жидкости или газа.

Плазма испускает яркую вспышку. Электризующее световое шоу работает как молния. Подобно грому, звук хлопка 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.

Прекрати это

Увлажнение воздуха помогает уменьшить 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 проводящими и свободными от статического электричества.

Капля воды поможет распутать юбки и успокоить отвратительные волосы. Салфетки для сушки работают аналогичным образом, покрывая падающую одежду проводящим веществом.

Некоторые производственные рабочие обязаны соблюдать строгие правила в отношении одежды, избегая свитеров и головных уборов, которые могут вызвать статическое электричество. Техники могут носить наручные браслеты, прикрепленные к полу металлической проволокой, посылая дополнительные электроны из комнаты в землю.

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

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

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

Галерея изображений молнии

Наука о молнии

Не становитесь громоотводом

Акулы обнаруживают электричество

Кори Биннс живет в Северной Калифорнии и пишет о науке, здоровье, воспитании детей и социальных изменениях. Помимо написания статей для Live Science, она участвовала в таких публикациях, как Popular Science, TODAY.com, Scholastic и Stanford Social Innovation Review, а также в других. Она также подготовила истории для Science Friday и Sundance Channel NPR. Она изучала биологию в Университете Брауна и получила степень магистра научной журналистики в Нью-Йоркском университете. В 2009 году Ассоциация журналистов в области здравоохранения назвала ее научным сотрудником Центров по контролю и профилактике заболеваний в области медицинской журналистики.. Она преследовала торнадо и выжила, чтобы рассказать об этом.

Что такое статическое электричество? | Живая наука
Молния ударила в Си-Эн Тауэр в Торонто, Канада. По данным Toronto Star, в 1814-футовую башню (553 метра) удары попадают примерно 80 раз в год, но длинные медные полосы, идущие от вершины ее антенн к 52 заглубленным заземляющим стержням, направляют заряды. (Изображение предоставлено: Atomazul / Shutterstock)
Статическое электричество может быть неприятным или даже опасным. Энергия, от которой ваши волосы встают дыбом, также может повредить электронику и вызвать взрыв. Однако при правильном контроле и манипулировании он также может стать огромным благом для современной жизни.

«Электрический заряд — это фундаментальное свойство материи», — сказал Майкл Ричмонд, профессор физики Рочестерского технологического института. Почти весь электрический заряд во Вселенной переносится протонами и электронами. Говорят, 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, встроены в атомы, они не так свободны в движении, 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.

Одной из распространенных причин накопления статического заряда является контакт между твердыми материалами. По данным Гавайского университета, «когда два объекта трутся друг о друга, создавая статическое электричество, 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 последнему, создавая дисбаланс заряда после разделения материалов. По данным Северо-Западного университета, материалы, которые могут таким образом терять или приобретать электроны, называются трибоэлектрическими. Одним из распространенных примеров этого может быть шарканье ног по ковру, особенно при низкой влажности, которая делает воздух менее проводящим и усиливает эффект.

Поскольку одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, они имеют тенденцию мигрировать к краям заряженного объекта, чтобы уйти друг от друга. По данным Библиотеки Конгресса, это то, что заставляет ваши волосы вставать дыбом, когда ваше тело берет на себя статический заряд. Когда вы затем прикасаетесь к заземленному металлическому предмету, например к винту 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 высокой разницей потенциалов между вашим телом и землей, которая может достигать 25 000 вольт.

По данным Управления по безопасности и гигиене труда (OSHA), эти внезапные разряды высокого напряжения могут не только вызвать болевой шок, но и стать источником воспламенения горючих веществ. Статический разряд также может повредить хрупкую электронику. По данным НАСА, простая искра от пальца может повредить чувствительные компоненты и сделать их непригодными для использования, поэтому необходимо принимать меры предосторожности, такие как хранение печатных плат в проводящих пластиковых пакетах и ношение заземляющих браслетов для постоянного рассеивания статического заряда с вашего тела.

Другим источником статического заряда является движение жидкости по трубе или шлангу. Если эта жидкость легко воспламеняется, 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 штата Миссури, предупредил, что, заправляя машину бензином, вы всегда должны касаться металлической части машины после выхода из нее, чтобы рассеять любой заряд, который мог образоваться при скольжении по поверхности. сиденье. Кроме того, при покупке бензина для газонокосилки всегда следует вынимать баллон из машины и ставить его на землю во время заправки. Это постоянно рассеивает статический заряд и предотвращает его накопление в достаточной степени для возникновения искры.

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

Движущиеся газы и пары также могут создавать статический заряд. Самый известный пример — молния. По словам Мартина А. Умана, автора книги «Все о молнии » (Довер, 19 лет).87), Бенджамин Франклин доказал, что молния является формой статического электричества, когда он и его сын запустили воздушного змея во время грозы. Они прикрепили ключ к веревке воздушного змея, и мокрая веревка передала заряд от облака к ключу, который испускал искры, когда он дотрагивался до него. (Вопреки некоторым версиям легенды, воздушный змей не был поражен молнией. Если бы это было так, последствия могли быть катастрофическими.)

Франклин на самом деле сформировал наше представление об электричестве. Он заинтересовался изучением электричества в 1742 году. До этого большинство людей думали, что электрические эффекты возникают в результате смешивания двух различных электрических жидкостей. Однако Франклин пришел к убеждению, что электрическая жидкость существует только одна и что у объектов может быть избыток или недостаток этой жидкости. По данным Университета Аризоны, он изобрел термины «положительный» и «отрицательный», обозначающие избыток или недостаток. Сегодня мы знаем, что «жидкость» на самом деле была электронами, но они не были обнаружены около 150 лет.

По данным Лаборатории реактивного движения, в облаках образуются зоны статического заряда из-за того, что капли теплой воды в восходящих потоках обмениваются электронами с кристаллами холодного льда в нисходящих потоках. По данным НАСА, потенциал между этими атмосферными зарядами и землей может превышать 300 000 вольт, поэтому последствия удара молнии могут быть смертельными. При ударе молнии ток имеет тенденцию перемещаться по поверхности тела в процессе, называемом «внешнее перекрытие», который может вызвать серьезные ожоги, особенно в начальной точке контакта. По данным Национальной метеорологической службы, часть тока может проходить через тело и повреждать нервную систему. Кроме того, сотрясение мозга от взрыва может вызвать травматические повреждения внутренних органов и необратимую потерю слуха, а яркая вспышка может привести к временному или необратимому повреждению 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.

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

Хотя статическое электричество может быть неприятно или даже опасно, как в случае статического прилипания или удара статическим электричеством, 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 обладает способностью накапливать электрический заряд, аналогично тому, как пружина накапливает механическую энергию. Напряжение, подаваемое на конденсатор, создает разность зарядов между пластинами. Если конденсатор заряжен и напряжение выключено, он может некоторое время сохранять заряд. Это может быть полезно, как в случае с суперконденсаторами, которые могут заменить перезаряжаемые батареи в некоторых приложениях, но 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 могут быть буквально выдавлены с места и вынуждены двигаться из области, находящейся под напряжением. Затем напряжение из-за возникающего дисбаланса заряда можно использовать для выполнения работы. Одним из приложений является сбор энергии, при котором маломощные устройства могут работать на энергии, производимой вибрациями окружающей среды.

Другое применение для хрустальных микрофонов. Звуковые волны в воздухе могут отклонять диафрагму, соединенную с пьезоэлектрическим элементом, который преобразует звуковые волны в электрический сигнал. В обратной операции электрический сигнал может заставить пьезоэлектрический преобразователь в громкоговорителе двигаться, таким образом воспроизводя звук.

Интенсивный свет также может воздействовать на локальные статические заряды. На этом принципе основаны копировальные аппараты и лазерные принтеры. В копировальных аппаратах свет может исходить от проецируемого изображения листа бумаги; в лазерных принтерах изображение наносится на барабан с помощью сканирующего лазерного луча. Весь барабан изначально заряжается проводом коронного разряда, который испускает свободные электроны в воздух, используя тот же принцип, который вызывает огонь Святого Эльма. Затем электроны из проволоки притягиваются к положительно заряженному барабану. Затем изображение проецируется на фотопроводящий барабан, и заряд рассеивается в освещенных областях, в то время как темные области изображения остаются заряженными. Затем заряженные участки на барабане могут притягивать противоположно заряженные частицы тонера, которые затем накатываются на бумагу, которая опирается на положительно заряженный валик и сплавляется на месте с помощью электрического нагревательного элемента.

Марш отметил, что электростанции, работающие на угле, 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 тонкого тумана. Заряженные капли притягиваются и равномерно распределяются по листьям нежелательных растений, а не падают на землю и не тратятся впустую. Тот же принцип используется для электростатической окраски распылением, поэтому больше краски попадает на цель и меньше в воздухе, на стенах и полу покрасочной.

Дополнительные ресурсы

Принстонская лаборатория физики плазмы: электричество и магнетизм

НАСА: статическое электричество

Ежедневные загадки Библиотеки Конгресса: как работает статическое электричество?

Джим Лукас — автор статей для Live Science. Он охватывает физику, астрономию и инженерное дело. Джим окончил Университет штата Миссури, где получил степень бакалавра наук в области физики, а также астрономию и техническое письмо. После окончания университета он работал в Лос-Аламосской национальной лаборатории системным администратором, техническим писателем-редактором и специалистом по ядерной безопасности. Помимо написания статей, он редактирует статьи в научных журналах по различным тематическим направлениям.

Как действует статическое электричество?

Ежедневные тайны

Забавные научные факты из Библиотеки Конгресса

« Вернуться на страницу физики

Ответить

Дисбаланс между отрицательными и положительными зарядами в объектах.
Две девочки «наэлектризованы» во время эксперимента в Liberty Science Center «Camp-in», 5 февраля 2002 года. История Америки, Библиотека Конгресса.
Вы когда-нибудь шли через комнату, чтобы погладить свою собаку, но вместо этого получали удар током? Возможно, вы сняли шапку в сухой зимний день и испытали «волосы дыбом»! Или, может быть, вы приклеили воздушный шар к стене после того, как потерли его об одежду?

Почему это происходит? Это магия? Нет, это не магия; 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 гравюр и фотографий, Библиотека Конгресса.
Все физические объекты состоят из атомов. Внутри атома находятся протоны, электроны и нейтроны. Протоны заряжены положительно, электроны — отрицательно, нейтроны — нейтральны.

Следовательно, все вещи состоят из зарядов. Противоположные заряды притягиваются друг к другу (отрицательные к положительным). Одинаковые заряды отталкиваются друг от друга (положительные к положительным или отрицательные к отрицательным). В большинстве случаев положительный и отрицательный заряды уравновешены в объекте, что делает этот объект нейтральным.

Статическое электричество является результатом дисбаланса между отрицательными и положительными зарядами в объекте. Эти заряды могут накапливаться на поверхности объекта до тех пор, 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. Фрэнсис Бенджамин Джонстон, фотограф, около 1899 года. Отдел печати и фотографий, Библиотека Конгресса,
При трении некоторых материалов друг о друга могут передаваться отрицательные заряды или электроны. Например, если вы трёте ботинок о ковер, ваше тело собирает дополнительные электроны. Электроны цепляются за ваше тело до тех пор, пока их нельзя будет отпустить. Когда вы достигаете и прикасаетесь к своему пушистому другу, вы испытываете шок. Не волнуйтесь, это всего лишь излишки электронов, которые вы передаете своему ничего не подозревающему питомцу.

А как насчет того, что «волосы мурашки по коже»? Когда вы снимаете шапку, электроны переходят от шапки к волосам, создавая интересную прическу! Помните, что объекты с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга. Поскольку у них одинаковый заряд, ваши волосы встанут дыбом. Ваши волосы просто пытаются уйти как можно дальше друг от друга!
Морской пехотинец использует жезл для снятия статического электричества, прежде чем прикрепить гаубицу M777 к вертолету CH-53E Super Stallion во время комплексных тренировок с подвеской на базе морской пехоты Кэмп-Пендлтон, 12 апреля 2017 г. Капрал. Фрэнк Кордоба, фотограф. Галерея изображений Министерства обороны США
Когда вы трёте воздушный шар об одежду, и он прилипает к стене, вы добавляете избыток электронов (отрицательных зарядов) на поверхность воздушного шара. Теперь стена заряжена более положительно, чем воздушный шар. Когда они соприкоснутся, воздушный шар прилипнет из-за правила, согласно которому противоположности притягиваются (положительное к отрицательному).

Для получения дополнительной информации и экспериментов со статическим электричеством см. список веб-ресурсов и разделы «Дополнительная литература».
Пороховая фляга ВМС США, изготовленная из латуни для предотвращения случайного воспламенения пороха из-за искр или статического электричества. Национальное поле битвы Уилсон-Крик, 2010 г. Служба национальных парков США, NP Gallery 9.0002 Опубликовано: 19.11.2019. Автор: Справочно-научный отдел Библиотеки Конгресса
.
Связанные веб-сайты

Наука проста: что такое статическое электричество? Внешний — Страница статического электричества журнала Science Made Simple состоит из четырех разделов: «1) Основной раздел дает четкий и подробный ответ на вопрос. 2) Страницы «Я умею читать» написаны простым и понятным языком для юных читателей. 3) Страницы «Подробнее об этом» более сложны и содержат дополнительную информацию более подробно. 4) Проекты включены в каждую тему.

Страница статического электричества, созданная Биллом Бити Внешний — Этот веб-сайт содержит список веб-ссылок на проекты по строительству статического электричества, статьи, веб-сайты, компании и многое другое.

Что такое статическое электричество? Внешний , Джим Лукас (LiveScience)

Статическое электричество Внешний , Крис Вудфорд (ExplainThatStuff!)

Дополнительная литература

Мур, г. н.э. Электростатика: изучение, контроль и использование статического электричества . 1-е изд. Гарден-Сити, Нью-Джерси, Даблдей, 1968 год. 240 стр.

Окслейд, Крис. Электричество и магнетизм . Дес-Плейнс, Иллинойс, Библиотека Хайнемана, ок. 2000 г. 32 р. (Юношеская литература)

Сутин, Гарри. Эксперименты со статическим электричеством . Нью-Йорк, Нортон, 1969. 85 стр.

Условия поиска

Электричество.

Электростатика.

Статическое электричество | Основные понятия об электричестве

Столетия назад было обнаружено, что некоторые типы материалов таинственным образом притягиваются друг к другу после трения друг о друга. Например, если потереть кусок шелка о кусок стекла, шелк и стекло будут иметь тенденцию слипаться. Действительно, существовала сила притяжения, которую можно было продемонстрировать, даже когда два материала были разделены:

Стекло и шелк — не единственные известные материалы, которые ведут себя подобным образом. Любой, кто когда-либо касался латексного воздушного шара только для того, чтобы обнаружить, что он пытается прилипнуть к ним, испытал то же самое явление. Парафин и шерстяная ткань — еще одна пара материалов, которые первые экспериментаторы признали проявляющими силу притяжения после того, как их потерли друг о друга: оттолкнули друг друга:

Было также отмечено, что, когда кусок стекла, натертый шелком, подвергается воздействию куска воска, натертого шерстью, два материала будут притягиваться друг к другу:

Кроме того, было обнаружено, что любой материал, демонстрирующий свойства притяжения или отталкивания после трения можно отнести к одной из двух различных категорий: притяжение к стеклу и отталкивание от воска или отталкивание от стекла и притяжение к воску. Было либо одно, либо другое: не было найдено материалов, которые бы притягивались или отталкивались и стеклом, и воском, или которые реагировали бы на одно, не реагируя на другое.

Больше внимания было уделено кускам ткани, которые использовались для растирания. Было обнаружено, что после натирания двух кусков стекла двумя кусками шелковой ткани не только кусочки стекла отталкивались друг от друга, но и ткани. То же самое произошло и с кусочками шерсти, которыми натирали воск:

Наблюдать за этим было действительно странно. В конце концов, ни один из этих объектов не был заметно изменен при трении, но они определенно вели себя иначе, чем до того, как их потерли. Какие бы изменения ни происходили, чтобы эти материалы притягивались или отталкивались друг от друга, они были невидимы.

Некоторые экспериментаторы предположили, что невидимые «жидкости» переносятся с одного объекта на другой в процессе трения и что эти «жидкости» способны оказывать физическое воздействие на расстоянии. Шарль Дюфе был одним из первых экспериментаторов, который продемонстрировал, что существуют два разных типа изменений, вызываемых трением определенных пар объектов друг о друга. Тот факт, что в этих материалах проявлялось более одного типа изменений, был очевиден из того факта, что были созданы два типа сил: притяжение и отталкивание . Гипотетическая передача жидкости стала известна как заряд .

Один исследователь-первопроходец, Бенджамин Франклин, пришел к выводу, что между натертыми предметами происходит обмен только одной жидкостью и что два разных «заряда» представляют собой не что иное, как избыток или недостаток этой одной жидкости. После экспериментов с воском и шерстью Франклин предположил, что грубая шерсть удаляет часть этой невидимой жидкости из гладкого воска, вызывая избыток жидкости на шерсти и недостаток жидкости на воске. Возникающее в результате несоответствие содержания жидкости между шерстью и воском могло вызвать силу притяжения, поскольку жидкость пыталась восстановить свой прежний баланс между двумя материалами.

Постулирование существования одной «жидкости», которая либо накапливалась, либо терялась при трении, лучше всего объясняло наблюдаемое поведение: все эти материалы попадали в одну из двух категорий при трении, и, что наиболее важно, два активных материала трением друг против друга 90 395 всегда попадали в противоположные категории 90 396, о чем свидетельствует их неизменное влечение друг к другу. Другими словами, никогда не было случая, чтобы два материала терлись друг о друга оба стали либо положительными, либо отрицательными.

Следуя предположению Франклина о том, что шерсть стирает что-то с воска, тип заряда, связанный с натертым воском, стал известен как «отрицательный» (поскольку предполагалось, что он имеет дефицит жидкости), в то время как тип заряда, связанный с вата для растирания стала называться «положительной» (потому что в ней должен был быть избыток жидкости). Он и не подозревал, что его невинная догадка в будущем вызовет путаницу у изучающих электричество!

Точные измерения электрического заряда были выполнены французским физиком Шарлем Кулоном в 1780-х годах с помощью устройства под названием крутильные весы , измеряющего силу, возникающую между двумя электрически заряженными объектами. Результаты работы Кулона привели к разработке единицы электрического заряда, названной в его честь, кулонов . Если бы два «точечных» объекта (гипотетические объекты, не имеющие заметной площади поверхности) были одинаково заряжены до меры в 1 кулон и помещены на расстоянии 1 метр (примерно 1 ярд) друг от друга, они создали бы силу около 9миллиард ньютонов (примерно 2 миллиарда фунтов), либо притягивая, либо отталкивая в зависимости от типа задействованных зарядов. Было обнаружено, что рабочее определение кулона как единицы электрического заряда (с точки зрения силы, создаваемой между точечными зарядами) равно избытку или недостатку около 6 250 000 000 000 000 000 электронов. Или, говоря в обратном порядке, один электрон имеет заряд около 0,000000000000000000016 кулонов. Поскольку один электрон является наименьшим из известных носителей электрического заряда, эта последняя цифра заряда электрона определяется как элементарный заряд .

Намного позже было обнаружено, что эта «жидкость» на самом деле состояла из очень маленьких частиц материи, называемых электронами , названными так в честь древнегреческого слова, обозначающего янтарь: еще один материал, проявляющий заряженные свойства при растирании тканью.

Состав атома

С тех пор эксперименты показали, что все объекты состоят из очень маленьких «строительных блоков», известных как атомов , и что эти атомы, в свою очередь, состоят из более мелких компонентов, известных как частицы . Три фундаментальные частицы, составляющие большинство атомов, называются протонами , нейтронами и электронами . Хотя большинство атомов имеют комбинацию протонов, нейтронов и электронов, не все атомы имеют нейтроны; примером является изотоп протия (1h2) водорода (водород-1), который является самой легкой и наиболее распространенной формой водорода, который имеет только один протон и один электрон. Атомы слишком малы, чтобы их можно было увидеть, но если бы мы могли посмотреть на один из них, он мог бы выглядеть примерно так:

Несмотря на то, что каждый атом в куске материала имеет тенденцию держаться вместе как единое целое, на самом деле между электронами и кластером протонов и нейтронов, находящимся посередине, есть много пустого пространства.

Эта грубая модель основана на модели углерода с шестью протонами, шестью нейтронами и шестью электронами. В любом атоме протоны и нейтроны очень тесно связаны друг с другом, что является важным качеством. Плотно связанный сгусток протонов и нейтронов в центре атома называется ядро  , а количество протонов в ядре атома определяет его элементную принадлежность: измените количество протонов в ядре атома, и вы измените тип атома, которым он является. На самом деле, если бы вы могли удалить три протона из ядра атома свинца, вы осуществили бы мечту старых алхимиков о создании атома золота! Прочная связь протонов в ядре является причиной стабильной идентичности химических элементов и неудачи алхимиков в достижении их мечты.

Нейтроны гораздо меньше влияют на химический характер и идентичность атома, чем протоны, хотя их так же трудно добавить или удалить из ядра, поскольку они очень прочно связаны. Если нейтроны добавляются или присоединяются, атом все еще сохраняет ту же химическую идентичность, но его масса немного меняется, и он может приобрести странные ядерные свойства, такие как радиоактивность.

Однако электроны обладают значительно большей свободой передвижения в атоме, чем протоны или нейтроны. На самом деле, их можно выбить из соответствующих положений (даже полностью покинуть атом!) затрачивая гораздо меньше энергии, чем требуется для смещения частиц в ядре. Если это происходит, атом все еще сохраняет свою химическую идентичность, но возникает важный дисбаланс. Электроны и протоны уникальны тем, что притягиваются друг к другу на расстоянии. Именно это притяжение на расстоянии вызывает притяжение между натертыми объектами, когда электроны удаляются от своих первоначальных атомов и располагаются вокруг атомов другого объекта.

Электроны имеют тенденцию отталкивать другие электроны на расстоянии, как и протоны от других протонов. Единственная причина, по которой протоны связываются вместе в ядре атома, связана с гораздо более сильным взаимодействием, называемым сильным ядерным взаимодействием , которое действует только на очень коротких расстояниях. Из-за такого поведения притяжения/отталкивания между отдельными частицами говорят, что электроны и протоны имеют противоположные электрические заряды. То есть каждый электрон имеет отрицательный заряд, а каждый протон положительный заряд. В равном количестве внутри атома они противодействуют присутствию друг друга, так что суммарный заряд внутри атома равен нулю. Вот почему на изображении атома углерода шесть электронов: чтобы сбалансировать электрический заряд шести протонов в ядре. Если электроны уходят или прибывают дополнительные электроны, суммарный электрический заряд атома будет разбалансирован, в результате чего атом останется «заряженным» в целом, что заставит его взаимодействовать с заряженными частицами и другими заряженными атомами поблизости. Нейтроны не притягиваются и не отталкиваются электронами, протонами или даже другими нейтронами и, следовательно, классифицируются как не имеющие никакого заряда.

Процесс прибытия и ухода электронов точно такой же, как и при трении определенных комбинаций материалов: электроны от атомов одного материала вынуждаются трением покидать свои соответствующие атомы и переходить к атомам другого материала. Другими словами, электроны составляют «жидкость», выдвинутую Бенджамином Франклином.

Что такое статическое электричество?

Результат дисбаланса этой «жидкости» (электронов) между объектами называется статическое электричество . Он называется «статическим», потому что смещенные электроны имеют тенденцию оставаться неподвижными после перемещения из одного изолирующего материала в другой. В случае с воском и шерстью путем дальнейших экспериментов было установлено, что электроны в шерсти фактически передаются атомам в воске, что прямо противоположно гипотезе Франклина! В честь определения Франклином заряда воска как «отрицательного», а заряда шерсти как «положительного», говорят, что электроны оказывают «отрицательное» зарядное влияние. Таким образом, говорят, что объект, атомы которого получили избыток электронов, имеет заряжен отрицательно на , в то время как объект, у атомов которого отсутствуют электроны, считается заряженным на положительно на , какими бы запутанными ни казались эти обозначения. К тому времени, когда была открыта истинная природа электрической «жидкости», номенклатура электрического заряда Франклина была слишком устоявшейся, чтобы ее можно было легко изменить, и таковой она остается и по сей день.

Майкл Фарадей доказал (1832 г.), что статическое электричество такое же, как и у батареи или генератора. Статическое электричество, по большей части, неприятно. Черный порох и бездымный порох содержат графит для предотвращения возгорания из-за статического электричества. Это вызывает повреждение чувствительных полупроводниковых схем. Хотя можно производить двигатели, питаемые от высокого напряжения и маломощных характеристик статического электричества, это неэкономично. Несколько практических применений статического электричества включают ксерографическую печать, электростатический воздушный фильтр и высоковольтный генератор Ван де Граафа.

ОБЗОР:

Все материалы состоят из крошечных «строительных блоков», известных как атомов .

Все встречающиеся в природе атомы содержат частицы, называемые электронами , протонами и нейтронами , за исключением изотопа протия (₁ H ¹ ) водорода.

Электроны имеют отрицательный (-) электрический заряд.

Протоны имеют положительный (+) электрический заряд.

Нейтроны не имеют электрического заряда.

Электроны могут быть вытеснены из атомов намного легче, чем протоны или нейтроны.

Количество протонов в ядре атома определяет его уникальность как элемента.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ТАБЛИЦЫ:

Статическое электричество Рабочий лист

Атомная структура Рабочий лист

Статическое электричество, что это такое, как контролировать снять устранить статическое электричество

Главная

Продукты

Свяжитесь с нами

Как понять статическое электричество?

Цель этой статьи — помочь читателю ответить на некоторые вопросы о статическом электричестве: Что такое статическое электричество?; Как предотвратить статическое электричество?; Что вызывает статическое электричество?; Как нейтрализовать или контролировать статический заряд?; Как снять статический заряд с непроводящего материала? У Suce есть пластик, бумага и стекло. СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО: Статическое электричество — это дисбаланс электрических зарядов внутри или на поверхности материала или электричества в состоянии покоя. Он может состоять из положительных или отрицательных зарядов или как положительных, так и отрицательных зарядов.

Статическое электричество — это электричество, но его характеристики создают проблемы, которые обходятся промышленности в миллиарды долларов в год. более четкое понимание статического электричества и электростатики можно получить, объясняя молнию. Статическое электричество в атмосфере находится в неуравновешенном состоянии и остается таким до тех пор, пока градиент потенциала между облака, достигает уровня, при котором изолятор между облаками, в в этом случае воздух, чтобы сломаться или выйти из строя. Молния создана, чтобы уравнять потенциальный градиент. На краткий миг сверкает молния, статическое электричество становится более привычным, электричество больше не находится в состоянии покоя.

Что мы знаем об этом явлении, называемом «статическим электричеством», «электростатикой» или «статическим ударом»? Что такое статическое электричество и как мы можем удалить статическое электричество или, по крайней мере, контролировать / уменьшить статическое электричество? Приведенная ниже информация поможет вам понять, что такое статическое электричество, и контролировать расходы, связанные с ним.

ПРИЧИНА
Статическое электричество возникает из-за дисбаланса молекулярной конструкции относительно непроводящих изоляторов, таких как пластик, бумага, стекло, керамика и другие непроводящие материалы. Вся материя состоит из атомов. Сбалансированный атом содержит положительный заряды, находящиеся в ядре атома. Равная сумма отрицательных зарядов вращается вокруг этого ядра в виде электронов. Оба заряда равны и, следовательно, общий заряд сбалансированного атом равен нулю. Однако если эта конфигурация будет нарушена и несколько электронов, удаленных из этого атома, мы получаем большее положительный заряд ядра и недостаток электронов, что дает вам общий заряд в положительном направлении. Наоборот, если мы добавим несколько дополнительных электронов, мы получим общий заряд отрицательно, из-за того, что у нас сейчас избыток электронов и чистый заряд теперь в отрицательном направлении. См. цифра ниже.

Некоторые материалы, такие как стекло, волосы и нейлон, склонны отдавать электроны и становиться положительно заряженными. Другие материалы такие как полипропилен, винил (ПВХ), кремний, тефлон, силикон, как правило, собирать электроны и становиться отрицательно заряженными. Трибоэлектрик Серия представляет собой список различных материалов и их склонность к заряду положительные или отрицательные или, другими словами, теряют или приобретают электроны.

ПРОВОДИМОСТЬ

Способность материала отдавать свои электроны или поглощать избыточные электроны, является чисто функцией проводимости материал, с которым вы работаете. Например, чистый проводник, как медь, имеет жесткую молекулярную структуру, которая не позволяет его электроны могут свободно перемещаться. Однако по мере приближения к диапазон полупроводников, таких как некоторые высокосортные бумаги, способность этого материал отдать свои электроны относительно легко и может быть достигнуто трением, теплом или давлением. По мере приближения к чисто непроводящему материалов, таких как пластмассы, стеклокерамика, чрезвычайно легко разрушить молекулярную конструкции и заставляют материал заряжаться при малейшем трении, тепла или давления. Если проводимость вашего обрабатываемого материала может контролироваться, то предотвращение статического электричества становится относительно легкий. Однако, если материал непроводящий, на нем может накапливаться статическое электричество.

Например, добавление поверхностной проводимости пластмассам приведет к перемещению их в более высокий диапазон проводимости и предотвратить накопление статического электричества, вызванного трением. Их иногда называют материалами, рассеивающими статическое электричество. Обычно это достигается за счет использования таких добавок, как увлажняющие и антистатические спреи. Средний антистатический спрей состоит из материала на мыльной основе. это было разбавлено в растворителе, таком как слабый спирт. антипирен добавляется для борьбы с воспламеняемостью растворителя. Вскоре после контакт с вашим материалом, антипирен и растворители испаряются оставляя вас с проводящим покрытием на поверхности материала. Теперь пластик стал проводящим, и пока это покрытие не беспокоить, будет трудно генерировать статическое электричество в этом материале.

Как снять статическое электричество?

ИОНИЗАЦИЯ

Как работает антистатическое ионизирующее оборудование?

Выполнив описанные выше шаги, вы можете уменьшить опасности накопления высоких зарядов статического электричества до точки. Однако вышеуказанные шаги являются пассивными и имеют ограниченную эффективность. Кроме того, изменение указанного материала или добавление спрея может быть невозможным или недопустимым. Активным методом статического контроля является ионизация. Это важно понять, что статическое электричество не может быть полностью устранено. На самом деле, термин «нейтрализаторы статического электричества» определенно вводящий в заблуждение.

Статические нейтрализаторы на самом деле являются ионизирующими устройствами, которые производят как положительные, так и отрицательные ионы притягиваются неуравновешенным материала, чтобы произошла нейтрализация. Например, заряженный кусок материала можно нейтрализовать с помощью нейтрализатор статического электричества. Тем не менее, это не устраняет статику. электричество, потому что, если материал снова трение после при нейтрализации будет генерироваться статическое электричество.

Чтобы получить максимальную пользу от статической нейтрализации или статическое контрольное оборудование, важно, чтобы вы понимали, как они работают и как они обеспечивают средства нейтрализации. Самый электронный Статические нейтрализаторы строятся путем размещения высокого напряжения на острие в непосредственной близости от заземленного экрана или кожух. Существует два основных типа ионизаторов статического контроля: ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК.

В ионизаторах переменного тока высокое напряжение чередуется импульсы тока через 60 циклов, воздух между острые концы и заземленный корпус фактически сломаны вниз за счет ионизации и, следовательно, как положительные, так и отрицательные образуются ионы. Половина цикла используется для генерируют отрицательные ионы, а другая половина используется для генерации положительные ионы. При полярности электросети 50 или 60 циклов в секунду меняется ионизация каждые 1/100 или 1/120 секунды.
Ионизаторы постоянного тока
также подают высокое напряжение на острие, но произвести противоположную полярность вторым источником питания или какая-то схема для переключения полярности.

Системы переменного и постоянного тока имеют свои преимущества. Применение, стоимость, производительность, пространство — все это учитывается при принятии решения о правильном тип используемого статического ионизатора.

Если нейтрализуемый материал заряжен положительно, он немедленно поглотит отрицательные ионы из статического нейтрализатора и отталкивают положительные ионы. Когда материал нейтрализуется, больше нет электростатического притяжения, и материал перестанет поглощать ионы. И наоборот, если материал нейтрализованный заряжен отрицательно, он поглотит положительный ионы, генерируемые нейтрализатором, и отталкивают отрицательный ионы. Опять же, как только нейтрализация завершена, материал больше не будет притягивать ионы. См. рисунок ниже.

Ядерное оборудование может также использоваться для получения ионизированного воздух для нейтрализации статического электричества. Эти устройства, работающие на полонии 210 изотопов с периодом полураспада всего 138 дней постоянно теряют свою прочность и должны ежегодно заменяться. Они есть более дорогой и менее эффективный, чем электрический устройства. Эти ядерные устройства не могут быть куплены и арендуемые пользователями. Стоимость годовой аренды обычно превышает покупная цена сопоставимых устройств с электрическим приводом.

Пожалуйста, просмотрите эта статья для дополнительной информации по уникальным проблемам связанных с высокоскоростными приложениями.

Узнать больше о статический контроль для электроники и электростатического разряда (ESD) проблемы.

РЕШЕНИЕ
Для решения проблем, связанных со статическим электричеством, некоторые основные должны быть предприняты шаги. Логический подход должен быть:
А. Определить проблема.
B. Определите проблему и цели, которые необходимо достичь, чтобы рассмотреть задача решена.
C. Определить решение вариантов с помощью инженеров, имеющих опыт контроля статического электричества
D. Выберите правильный контроль статического электричества оборудование для решения проблемы.

Устранение неполадок со статическим электричеством, какое-то измерение оборудование полезно. Например, модель ElectroStatics, Incorporated. Электростатический измеритель 9000 измерит количество статического электричества, которое присутствует, и определите полярность как положительное, так и отрицательное. Измерение и обнаружение статических электричество снимет тайну, часто связанную с этим явление.

После выявления проблемы и определения целей Затем следует рассмотреть варианты решения с помощью опытных инженеров компании Electrostatics, Inc.
.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПРОБЛЕМЫ
Прежде чем решать любую проблему, ее необходимо идентифицировать. твоя проблема связано со статическим электричеством? Следует провести глубокий анализ с необходимым оборудование и опыт для выявить и решить проблему.

Пассивные решения

ИНДУКЦИЯ
Снятие или нейтрализация статического электричества с помощью индукции является простейшим и самый старый метод. Мишура или специальная проволока являются наиболее распространенными инструментами для этого приложения. Однако мишурой часто злоупотребляют, загрязняют и повреждают и, следовательно, часто не успешный. Первое, что необходимо признать, это факт что любое индукционное устройство, например мишура, никогда не уменьшит и не нейтрализует статического электричества до уровня нулевого потенциала. Это связано с тот факт, что пороговое или начальное напряжение требуется для «запуска» процесса, и это напряжение высокое.

Во-первых, необходимо использовать правильное индукционное оборудование. индукционный стержень должен быть хорошо заземлен электрически. индукционный бар должны быть туго натянуты и размещены на 1/4 дюйма от материала быть нейтрализована. Под материалом должно быть «свободное воздушное пространство» быть нейтрализован непосредственно под или над местом, где вы размещаете мишура. Таким образом, индукция уменьшит статическое электричество. с обеих сторон статического загруженного материала.

На самом деле, если используются описанные выше шаги, острые концы или точки заземленного индукционного устройства будут ионизировать воздух над поверхность нейтрализуется, так как заземленные острые концы размещены в электростатическом поле, которое присутствует из-за статического электричества. Если статический заряд имеет отрицательную полярность, электростатическое поле отрицательные, а положительные ионы генерируются через заземленный острый концы индукционного устройства и положительные ионы притягиваются обратно к статической нагруженной поверхности. И наоборот, если статический заряд положителен в полярности отрицательные ионы будут генерироваться заземляющей индукцией устройство и притягивается обратно к заряженной области.

Индукция работает, но ограничивается снижением уровня статического электричества. до порогового уровня, который обычно все еще очень высок и обычно выше того, что необходимо для уменьшения или устранения проблем, связанных со статическим электричеством. Ионизация или активный статический контроль — лучший способ уменьшить статический заряд на непроводящих поверхностях до очень низких уровней.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ
Также возможно нарушить молекулярную структуру вашего привода. Как бы нелепо это не звучало, если оператор изолирован стоя на деревянном полу или на подошвах из крепированной резины, он скоро подхватит градиент напряжения. Например, оператор может взимать плату до нескольких сотен вольт каждый раз, когда он касается куска заряженного пластика. Поскольку он обращается со многими различными предметами, его заряд становится выше. градиент напряжения до тех пор, пока не произойдет перекрытие и оператор не получит удар и/или повреждение чувствительного к статическому электричеству устройства. Это можно предотвратить поставив оператора на заземленный токопроводящий коврик, используя оборудования для заземления персонала, имеющегося в продаже и ионизация. Читать далее о статическом контроле ESD,
Оборудование для заземления персонала становится важным, если операторы сидят во время работы. Это лучшее средство изолирующих операторов и, следовательно, они становятся чрезвычайно подвержен статическому разряду из-за зарядки. Этот феномен может быть связано с индивидуумом, волочащим ноги по живому ковер в комнате, а затем разрядился, прикоснувшись к хорошо заземленному фонарь.

Кроме того, заземление всего оборудования и Сопутствующее оборудование является наиболее важным. Это не перестает удивлять нам, что так много заводов работают с машинами, которые не заземлены электрически. Помимо коэффициента безопасности, заземленный машина поможет снять чрезвычайно высокие заряды статического электричества электричество от частичных проводников. Помните, что заземление только помощь в уменьшении ваших проблем со статическим электричеством. Это не решение.

Например, заземление ваших операторов не истощит воду. снимать статическое электричество с одежды. Также не будет снять статическое электричество с пластикового контейнера держа.

Навигация по записям

Предохранители ваз 2112 16 клапанов инжектор: Предохранители ваз 2112: где находятся, замена
Шим регулятор 12в: Регулятор ШИМ 12в 30А

Похожие записи

05.09.2023 0

Coocox: CooCox. Текущее состояние дел. / CoIDE / Pluslab

05.09.2023 0

Приборы для измерения давления жидкости: Манометр — из чего состоит? Виды и типы

05.09.2023 0

Регулируемая индуктивность: Регулируемая катушка индуктивности на кольцевом сердечнике

Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *

Email *

Сайт

Рубрики
Автолюбителям

Датчик

Лайфхаки

Преобразователь

Своими руками

Схемы

Усилитель

Разное

© 2018 M-Gen

Карта сайта