Защита от статического электричества. Возникновение и действие

Статическое электричество возникает вследствие сохранения зарядов электростатического поля на диэлектрических материалах. Оно отрицательно влияет на жизнь человека и эксплуатацию электрических устройств. Образование искр от статического электричества способствует пожарам и взрывам. Мощности энергии вполне хватит для возгорания газовоздушных смесей и пыли.

Заряд статического электричества может накапливаться на теле человека, если на нем одежда из шерсти или из химических волокон. Величина потенциала около 7 Джоулей не составляет опасности для человека, однако способна вызвать судороги и сокращения мышц. А это в свою очередь может создать условия для травмы на работе, падения с высоты и т.д.

Статическое электричество отрицательно влияет на функционирование точных приборов, радиосвязи, вызывает неисправности в работе. Работники, на которых постоянно воздействует статическое электричество, чаще болеют сердечно-сосудистыми заболеваниями и болезнями нервной системы.

Только защита от статического электричества способна свести к нулю или вовсе не допустить возникновение этого отрицательного явления.

Источники статического электричества

• Действие различных излучений.
• Резкое изменение температуры.
• Взаимодействие тел друг с другом при движении.

Это явление оказывает негативное влияние и представляет опасность. Защита от статического электричества позволяет полностью предотвратить или значительно уменьшить его действие.

В бытовых условиях статическое поле часто возникает на шерсти животных, при снятии синтетической одежды, расчесывании волос, при ношении резиновой обуви, хождении по ковру в шерстяных носках, пользовании пластмассовыми изделиями.

Электростатическое поле не угрожает жизни человека, при разряде образуется слабый ток, который не способен слишком навредить организму человека. Он может создать лишь некоторое некомфортное состояние. Для предотвращения такого эффекта необходимо соблюдать всего лишь несколько простых правил: в морозную и сухую погоду не гладить животных, медленнее снимать шерстяную одежду, либо обработать ее специальным составом, при расчесывании волос применять деревянную или металлическую расческу.

Накапливанию электростатической энергии способствуют:

• Железобетонные стены здания.
• Слишком сухой воздух.

Для электронных устройств заряд электростатического поля является злейшим врагом. Некоторые элементы электронных устройств не способны выдержать высокие напряжения, возникающие при разряде. Чувствительные элементы могут выйти из строя или ухудшить свои параметры работы.

Если объектом воздействия электрического поля станут легковоспламеняющиеся жидкости, это создаст условия для их воспламенения. Эти жидкости при перевозке в цистернах могут накопить статический заряд. Также заряд возникает и от механизма или человека, подошедшего к ним близко. Поэтому в промышленном производстве, где имеются легковоспламеняющиеся жидкости, большое внимание уделяют устройству заземления подвижных конструкций, механизмов. Для пошива обуви и специальной одежды на производстве также применяются специальные ткани, которые не способны накапливать электрический заряд.

Принцип действия

Разберемся, как образуется статический заряд. В нормальном состоянии физические тела обладают одинаковым числом отрицательных и положительных частиц. За счет этого баланса создается нейтральное состояние тела. При нарушении нейтрального состояния тело получает электрический заряд одного полюса.

Статикой называется состояние тела в покое, когда оно находится без движения. В веществе тела может возникать поляризация, которая выражается в передвижении зарядов между частями тела, либо от находящегося рядом предмета.

Вещества электризуются из-за разделения тел, изменения зарядов во время трения, резкого изменения температуры, облучения. Заряды электрического поля находятся на поверхности тела или удалены от поверхности на расстояние, равное межатомному расстоянию. Если тела не заземлены, то заряды концентрируются на контактной площади, а при наличии заземления заряд уходит в контур заземления.

Процессы накапливания зарядов и их стекание происходят в одно время. Тело электризуется при условии получения им большего заряда энергии, по сравнению с расходуемым зарядом. В результате становится понятно, что защита от статического электричества должна отводить накапливаемые заряды на заземляющий контур.

Величина статического электричества

Все физические вещества имеют свою характеристику на трибоэлектрической шкале, в зависимости от их способности создавать электрические заряды различных полюсов при трении. Основные такие вещества изображены на рисунке.

Чтобы иметь представление о размерах возникающих статических зарядов, рассмотрим несколько примеров:

• Вращающийся шкив с приводным ремнем способен зарядиться до 25000 вольт.
• Кузов автомобиля, движущегося по сухой дороге, может получить заряд до 10000 вольт.
• Человек в шерстяных носках при хождении по сухому ковру способен накопить заряд на теле до 6000 вольт.

В результате становится понятно, что напряжение электростатического поля может достигнуть значительных размеров даже в быту. Этот заряд не причиняет человеку значительного вреда ввиду его малой мощности. Разряд протекает через большое сопротивление и исчисляется в нескольких долях миллиампера.

Влажность воздуха также снижает электростатический заряд. Она влияет на значение потенциала тела во время прикосновений с разными материалами. Поэтому защита от статического электричества может заключаться в применении увлажнителей воздуха.

В природной среде существует статическое электричество, достигающее огромных значений. Например, при движении облаков между ними возникают большие потенциалы энергии, которые выражаются в разрядах молнии. Мощность этих разрядов вполне хватит, чтобы сжечь деревянный дом или расколоть ствол многолетнего дерева.

В бытовых условиях при разрядах электростатического поля человек чувствует мелкие пощипывания в пальцах, видны искры от трения шерстяной одежды, снижается работоспособность человека. Электростатическое поле негативно влияет на состояние человека, но явных повреждений не наносит.

Существуют измерительные приборы, способные точно измерить значение статического потенциала накопленного заряда на теле человека и на корпусе какого-либо устройства.

Защита от статического электричества

Существуют различные методы защиты от разрядов электростатического поля, как в быту, так и в промышленных условиях. Они имеют свои отличия. Рассмотрим подробнее каждые из них.

Защита в бытовых условиях

Каждый человек должен представлять опасность, которую несут статические разряды для организма. Их необходимо знать, и уметь их ограничивать. Для решения этой задачи организуются разные мероприятия по обучению людей методам защиты, в том числе телепередачи.

На этих мероприятиях людям объясняют, откуда и как появляется статическое поле, методы его измерения и приемы выполнения профилактической работы. Например, чтобы избежать неприятных ощущений статического поля, для расчесывания волос целесообразно использовать деревянные расчески, вместо пластиковых. Дерево имеет нейтральные характеристики, и во время трения не создает заряды электростатического поля. В магазинах можно без труда приобрести деревянную расческу любой формы и вида.

Чтобы предотвратить образование статического потенциала на кузове автомобиля при езде по сухому дорожному покрытию, применяют специальные антистатические ленты, которые фиксируются сзади автомобиля на днище кузова. В торговой сети можно без труда выбрать любой вариант такой ленты.

Если автомобиль ничем не защищен от возможного разряда накопленного заряда потенциала, то напряжение можно снимать временным заземлением кузова автомобиля путем его соединения с землей через металлическую часть. Для этого можно использовать ключ зажигания. Снимать напряжение в обязательном порядке необходимо перед тем, как заправлять автомобиль бензином.

Когда на одежде из химических волокон образуется статический заряд, то рекомендуется пользоваться «Антистатиком». Это специальный баллончик в виде аэрозоля, который продается в магазинах. Он снимает статическое электричество с одежды, тканей, с синтетических чехлов на сиденьях автомобиля, особенно в зимнее время, когда воздух сухой. Но, чтобы не использовать различные баллончики и химию, рекомендуется носить одежду из натуральных материалов: хлопка и льна.

Если на обуви прорезиненная подошва, то это создает условия для накопления потенциала напряжения. Чтобы этого не произошло, достаточно в обувь положить специальные антистатические стельки, которые сделаны из натуральных материалов. В результате негативное влияние на человека уменьшится.

Слишком сухой воздух зимой в городских квартирах способствует накапливанию электростатического заряда. Для этого существуют специальные устройства – увлажнители воздуха. Если такого устройства нет, то вполне подойдет большая влажная салфетка, которую необходимо положить на батарею. В результате процесс накопления заряда уменьшится, обстановка в квартире улучшится. Также рекомендуется регулярно производить влажную уборку. Это позволит вовремя удалять пыль и наэлектризованные участки. Такой способ является лучшим.

Электрические устройства в быту при эксплуатации также накапливают статический заряд на корпусе. Для снижения действия статического заряда выполняют систему уравнивания потенциалов. Она подключается к заземляющему контуру всего дома. Акриловая ванна подвержена накоплению на ней статического заряда, и ее необходимо защищать системой уравнивания потенциалов. Даже чугунная ванна с акриловым вкладышем также подвержена этому негативному явлению.

Защита от статического электричества на производстве

В промышленном производстве применяют несколько способов сохранения функциональности оборудования:

• Увеличение стойкости устройств и оборудования к воздействию электростатического разряда.
• Блокировка проникновения заряда на рабочее место.
• Недопущение возникновения электростатических зарядов.

Два последних способа дают возможность осуществлять защиту многих устройств, а первый способ применяется только для отдельных видов оборудования.

Высокую защиту от разрядов статического поля и сохранения функциональности устройства обеспечивает клетка Фарадея. Это металлическая клетка в виде сетки с мелкой ячейкой. Клетка ограждает оборудование со всех сторон. Она подключается к заземляющему контуру. Внутрь клетки не проходят электрические поля, в то же время магнитному статическому полю, клетка Фарадея не мешает. По такому же принципу защищают кабели, оснащая их металлическим экраном.

Защита от статического электричества делится по методам выполнения:

• Конструкционно-технологические.
• Химические.
• Физико-механические.

Последние два метода дают возможность снизить образование зарядов и повысить скорость их ухода в землю. Первый метод выполняет защиту устройств от зарядов, но не отводит их на заземление.

Оптимизировать снижение электростатического заряда можно следующим образом:

• Увеличением токопроводимости материалов.
• Созданием коронирования.

Такие задачи решают с помощью:

• Выбора материалов с хорошей объемной проводимостью.
• Увеличением рабочих поверхностей.
• Ионизацией воздушного пространства.

Для реализации этих задач создают магистрали для протекания на землю статических зарядов, минуя рабочие компоненты устройств. Если материалы имеют высокое сопротивление, то применяют другие способы.

Похожие темы:

Статическое электричество и защита от него

Каждый человек на земле сталкивался с природным явлением, когда при выходе из автомобиля он получает удар током. Или когда гладит кошку слышно потрескивание и ощущается покалывание кончиков пальцев. А в темноте видны светящиеся дорожки за руками. Такое явление получило название статическое электричество.

Физика явления

Оно возникает при накапливании заряда на поверхности предмета. Это происходит при нарушении внутриатомного или молекулярного равновесия.

В результате чего происходит потеря или приобретение электрона. Нарушается электронное равновесие и ионы приобретают положительный или отрицательный заряд.

Опыты со статическим электричеством известны каждому школьнику, когда показывали эксперимент с эбонитовой палочкой и кусочками бумаги.

Причины возникновения

Условия возникновения потенциала на предметах является сухость воздуха. При влажности воздуха 80% это природное явление не возникает.

Влага, содержащаяся в воздухе, не позволяет накапливаться заряду на предметах. Причинами возникновения статического электричества могут стать:

• При соприкосновении одного предмета с другим. Потенциал возникает после их разъединения. Трение, намотка/размотка искусственных материалов, трение корпуса автомобилей о воздух и т. п.;
• В результате быстрого температурного перепада. Так, статическое электричество возникает на предметах при помещении их в нагретую печь;
• Радиационное и ультрафиолетовое излучение, рентгеновские Х- лучи, сильное электромагнитное и электрическое поле;
• Наведения — происходит возникновение электрического поля, вызванного зарядом. Потенциал возникает при обработке листовых или рулонных материалов. Явление возникает в момент разделения материала и поверхности. Такой эффект может произойти при перемещении одного слоя относительно другого. Этот процесс еще до конца не изучен. Его можно сравнить с разъединением обкладок конденсатора. В этом случае механическая энергия переходит в электрическую.

Способность предметов накапливать заряды оказывают отрицательное влияние на технику. Если не предпринимать никаких мер, то возможно повреждение и выход ее из строя.

Опасность явления

Особенно подвержены риску выхода из строя средства электроники и все механизмы, которые используют электронные блоки управления. На пожаро- и взрывоопасных производствах в результате разряда возникают искры.

Они могут привести к пожару или взрыву. Защита от статического электричества способна полностью исключить или существенно снизить риск возникновения аварийной ситуации. Основная опасность — возникновение электрического разряда.

Накапливанию заряда способствует сухость воздуха и железобетонные стены зданий и сооружений. Полярность заряда может быть как положительной, так и отрицательной.

При работающих устройствах, имеющих вращающийся шкив с приводными ремнями, заряд может достигать 25 000 вольт. При сухой погоде на корпусе автомобиля может скапливаться электростатическое электричество в 10 000 вольт.

А человек, который ходит по ковру в шерстяных ноках, способен накопить до 6 000 вольт. Даже в бытовых условиях напряжение статического электричества может достигать значительных значений.

Однако, существенного вреда человеку он причинить не способен, из-за недостаточной мощности. Ток, протекающий через человека, составляет всего долю миллиампера.

В природе такое явление может накапливать огромные значения и проявляется в разрядах молний. С выделением больших мощностей, которые способны произвести значительные разрушения.

Средства защиты в бытовых условиях

Для уменьшения воздействия на человека применяют систему защиты от вредного влияния статического напряжения.

В бытовых условиях самым эффективным средством является увеличение влажности воздуха с помощью увлажнителя воздуха. Что не только исключает возникновения напряжения на предметах.

Но и сокращает пылеобразование в помещении. Уменьшение статического напряжения и сокращение пыли в помещении полено для детей, страдающих аллергией.

Методы защиты на производственных предприятиях

Для обеспечения защиты от статического электричества на производстве применяют следующие методы:

• Разработка специальных методик технологического процесса, исключающих накапливания заряда на рабочем месте;
• В производственных помещениях создают микроклимат;
• При обработке спецодежды и полов в помещении применяют вещества с определенными физико-химическими свойствами, способными снимать напряжение с материалов.
• Это делается для обеспечения мероприятий по безопасности. Вред статического электричества на технологическое оборудование уменьшают с помощью «клетки Фарадея».

Она представляет собой кожух, выполненный из мелкоячеистой сетки, которую подсоединяют к заземлению. Таким же образом экранируют кабели, защищая их от вредного воздействия.

Виды разрядов

Различают несколько видов разряда:

• Искровой разряд. Возникновение искры между двумя объектами. Например, корпус оборудования и человек. Если мощность разряда будет высокой, то высока вероятность возгорания при наличии паров растворителя или бензина в воздухе;
• Кистевой разряд. Происходит при концентрации зарядов на острых углах оборудования с диэлектрическими свойствами. Он имеет меньшую энергию и не представляет такую опасность, как искровой разряд;
• Скользящий разряд. Возникает на листовых или рулонных материалах с высоким удельным сопротивлением. Это явление происходит в момент трения или распыления порошкового покрытия. Его можно сравнить с разрядом обыкновенного конденсатора. И сравним с искровым разрядом с одинаковыми последствиями.

Дополнительные меры предосторожности

Учитывая негативные последствия, на предприятиях применяют специальные меры, исключающие источники статического электричества. Производят обработку спецовки работников, позволяющую снимать статическое электричество, которая исключает возникновение искры от одежды.

Кроме создания условий, при которых уменьшается накопление зарядов, для защиты от статического электричества применяют мощные ионизаторы воздуха.

Такие приборы имеют неоспоримые преимущества. Улучшение аэроионного состава воздушной среды помещения. Что способствует уменьшению накопления зарядов на одежде обслуживающего персонала, синтетических ковровых покрытиях и оборудовании.

Применение в промышленности

Использование статического электричества в промышленности не нашло широкого применения. Чаще всего дальше лабораторных установок дело не шло. Поэтому все приборы использовались исключительно для демонстрации примеров статического электричества в природе.

В промышленных установках нашли применение коронные разряды. С их помощью происходит очищение воздушных смесей от примесей. Также созданы покрасочные установки, которые используют статическое напряжение. Что позволяет производить окраску сложных поверхностей с наименьшими потерями краски.

Воздействие на человека

С этим природным явлением мы встречаемся не только на предприятиях. Чаще всего наблюдается статическое электричество в быту.

При снятии одежды слышен треск и видны искры от разряда, а волосы на голове невозможно расчесать. Эти заряды отрицательно сказываются на состоянии людей. Влияние таких полей на здоровье человека и его иммунную систему полностью не выяснено.

Однако, можно сказать, что нахождение в квартире, где имеется статическое электричество, отрицательно воздействует на человека. Можно отметить основные нарушения:

• Возникают нарушения в центральной нервной системе, которые сопровождаются спазмами сосудов и повышенным артериальным давлением;
• Постоянные головные боли;
• Раздражительность и эмоциональная возбудимость;
• Появляются нарушения сна, и пропадает аппетит;
• Появляется фобия — боязнь получения разряда, который сопровождается болезненными ощущениями.

Поэтому очень важно знать методы защиты от статического электричества в быту. Для этого используются такие приемы, как заземление всех электроприборов.

Применение бытовых увлажнителей воздуха. Регулярно производить влажную уборку квартиры, желательно утром и вечером.

Для того чтобы обеспечить снятие статического электричества с синтетических тканей их обрабатывают антистатическими жидкостями. Каждый человек должен знать опасность долгого нахождения в поле и использовать средства защиты от статического электричества.

Статическое электричество — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Волосы ребёнка наэлектризовались от трения.

Стати́ческое электри́чество — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объёме диэлектриков или на изолированных проводниках^[1].

Электризация диэлектриков трением может возникнуть при соприкосновении двух разнородных веществ из-за различия атомных и молекулярных сил (из-за различия работы выхода электрона из материалов). При этом происходит перераспределение электронов (в жидкостях и газах ещё и ионов) с образованием на соприкасающихся поверхностях электрических слоёв с равными знаками электрических зарядов. Фактически атомы и молекулы одного вещества, обладающие более сильным притяжением, отрывают электроны от другого вещества, создавая вихревое движение ионов среды, в которой они заключены.

Полученная разность потенциалов соприкасающихся поверхностей зависит от ряда факторов — диэлектрических свойств материалов, значения их взаимного давления при соприкосновении, влажности и температуры поверхностей этих тел, климатических условий. При последующем разделении этих тел каждое из них сохраняет свой электрический заряд, а с увеличением расстояния между ними за счёт совершаемой работы по разделению зарядов, разность потенциалов возрастает и может достигнуть десятков и сотен киловольт.

Электрические разряды могут образовываться вследствие некоторой электропроводности влажного воздуха. При влажности воздуха более 85 % статическое электричество практически не возникает.

Пенопластовые шарики прилипли к кошачьей шерсти из-за статического электричества

Статическое электричество широко распространено в обыденной жизни. Если, например, на полу лежит ковер из шерсти, то при трении об него человеческое тело может получить отрицательный электрический заряд, в то время как ковёр получит положительный. Другим примером может служить электризация пластиковой расчески, которая после причёсывания получает минус-заряд, а волосы получают плюс-заряд. Накопителем минус-заряда нередко являются полиэтиленовые пакеты, полистироловый пенопласт. Накопителем плюс-заряда может являться сухая полиуретановая монтажная пена, если её сжать рукой.

Когда человек, тело которого наэлектризовано, дотрагивается до металлического предмета, например, трубы отопления или холодильника, накопленный заряд моментально разрядится, а человек почувствует лёгкий удар током.

Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Даже простое расчёсывание волос в сухой день может привести к накоплению статического заряда с напряжением в десятки тысяч вольт, однако ток его освобождения будет настолько мал, что его зачастую невозможно будет даже почувствовать. Именно низкие значения тока не дают статическому заряду нанести человеку вред, когда происходит мгновенный разряд.^[2]

С другой стороны, такие напряжения могут быть опасны для элементов различных электронных приборов — микропроцессоров, транзисторов и т. п. Поэтому при работе с радиоэлектронными компонентами рекомендуется принимать меры по предотвращению накопления статического заряда.

В результате движения воздушных потоков, насыщенных водяными парами, образуются грозовые облака, являющиеся носителями статического электричества. Электрические разряды образуются между разноименными заряженными облаками или, чаще, между заряженным облаком и озоновым слоем земли, с последующим разрядом на землю. При достижении критической разности потенциалов происходит разряд молнии между облаками, на земле или в околокосмическом слое планеты. Для защиты от молний устанавливаются молниеотводы, проводящие разряд напрямую в землю.

Помимо молний, грозовые облака могут вызывать на изолированных металлических предметах опасные электрические потенциалы из-за электростатической индукции.

В 1872 году экспедицией под руководством географа Генри Ганнетта^[en] была покорена 13-я по высоте гора штата Монтана (США)^[en]. Ей дали название Электрический пик, так как у первопроходцев-покорителей, находящихся на вершине, после грозы начали сыпаться искры из пальцев рук и волос на голове^[3][4][5].

возникновение и способы защиты, сколько вольт

С проявлениями статического электричества легко столкнуться в повседневной жизни: при быстром снятии свитера, хождении по ковру в шерстяных носках, при использовании автомобиля. Образуемый в быту заряд неприятен, но не опасен для человека, а промышленности же статика может привести в пожару или взрыву.

Что это такое

Со статическим электричеством знакомы все люди. Это совокупность явлений, которые связаны с возникновением, сохранением и свободного накопления электрического заряда. Последний возникает на поверхности диэлектрика, который плохо проводит ток, или на изолированным проводнике, не имеющим доступ к постоянному току.

В Быту со статическим электричеством сталкивались все

Появление статического электричества связано с отсутствием перемещения заряда. Свободно передвигающиеся по проводнику электрические заряды являются электрический током. Если же эти заряды останавливаются в одном месте, это называется статическим электричеством.

В любом веществе положительные и отрицательные частицы атомов находятся в равновесии, их количество равно. При этом отрицательно заряженные электроны могут перемещаться между атомами, формирую положительный или отрицательный заряд. Это способствует формированию статического нестабильного электрического поля.

Статика неприятна, но не опасна

Важно! О статическом электричестве, его возникновении и способах защиты сказано в ГОСТе 17.1.018-79.

Сколько вольт в статическом напряжении

Сила разряда и характеристика статического напряжения может быть разной. Человек может ощущать разряд свыше 3 тысяч Вольт, увидеть искры можно от 5 тысяч Вольт, накапливать в теле можно до 10 тысяч.

Иногда энергия заряда достигает 1,4 джоулей, чего достаточно для поджигания горючих газов и жидкостей, но это происходит только на производстве.

Как получить

В домашних условиях получить статическое электричество несложно:

1. Необходимо надеть сухие чистые носки из шерсти (желательно предварительно нагреть их на батарее) и пройти по нейлоновому ковру, не отрывая ног. Сильно шаркать не стоит, так как разрядка произойдет быстрее, чем нужно. Для получения заряда необходимо прикоснуться к металлическому предмету или человеку;

Проще всего пошаркать ногами в носках по ковру

Важно! При проверке не стоит касаться электроники, так как заряд может повредить чипам — статистически эта причина почти 40% поломок .

1. Необходимо взять воздушный шарик (не из фольги) и надуть его. Затем взять шерстяной предмет и потереть шарик 10 секунд. Также можно приложить шарик к голове и потереть о волосы. Для проверки нужно поднести шарик к пустой алюминиевой банке, лежащей на боку: если она начала откатываться, заряд скопился. Для разрядки нужно потереть шарик о металл несколько секунд;
2. Для более наглядной демонстрации и проверки заряда можно сделать специальный электроскоп. Потребуется взять стакан из вспененного полистирола, проделать в нижней части 2 отверстия и продеть через них трубочку так, чтобы оба ее конца находились снаружи. К верхнему краю нужно прикрепить при помощи скотча 4 небольших глиняных шарика на равном расстоянии друг от друга, перевернуть стакан и поставить вверх дном в центр алюминиевого противня. Далее нужно взять кусочек алюминия и скатать из него шарик, отрезать нитку (ее длина должна быть в 2-3 раза больше, чем высота от края соломинки до противня) и привязать к ней шарик. Второй конец нужно привязать к обоим концам трубочки, поправить последнюю так, чтобы алюминиевый шарик свисал почти до противня, но не прикасался к нему. Если поднести к шарику заряженный шарик, шарик потянется за ним.

Еще один способ — потереть надутый шарик о волосы

Причины возникновения

На молекулярном уровне напряжение возникает при столкновении поверхностей из разных материалов, когда ионы и электроны с поверхностей начинают перераспределяться. Чем больше площади поверхностей и прилагаемые усилия, тем выше степень электризации.

Главная причина возникновения заряда — трение

Существует несколько причин возникновения и накапливания электростатического напряжения:

1. Контакт (трение, наматывание, разматывание) 2 различных материалов с последующим отдалением: например, трение шерстяной ткани о резиновый шарик;
2. Резкие перепады температур;
3. Сухой воздух: при влажности более 80% статическое электричество не образуется, так как вода хорошо проводит ток;
4. Наличие радиации, рентгеновских лучей или УФ-излучения;
5. Образуется заряд и при работе некоторых бумажных станков: при раскрое или резке;
6. Статика может возникнуть перед или во время грозы. Разряд возникает между 2 облаками или между облаком и землей, при попадании молнии в громоотвод электричество уходит в почву.

Наглядный пример статического напряжения — гроза

Область применения

Применять статическую электроэнергия в быту пока что не научились — слишком сложный и опасный процесс получения. Многие приборы, работающие на силе трения, применяются только для показа опытов.

Намного чаще статика применяется на производстве: при покраске поверхностей, очищении от пыли примесей, создании ворса и т.д.

Какая опасность статического напряжения

Главная опасность заключается в неконтролируемом ударе током. В быту это практически неопасно: например, при снятии шерстяного свитера человека ударит током, но сила этого заряда будет крайне мала.

При длительном нахождении в электрическом поле повышенной напряженности у человека могут начаться проблемы со здоровьем: головные боли, нарушение сна, раздражительность, нарушение работы сердечно-сосудистой и нервной систем.

Достаточно сильный разряд может привести к пожару

Намного выше опасность статического напряжения на производстве и при перевозке легковоспламеняемых веществ: при сильном разряде они могут взорваться или загореться. Например, в вентиляции и вытяжке может скопиться пыль из диэлектрического материала, который легко вспыхивает и разгорается из-за постоянной подачи воздуха. При перевозке электричество может скапливаться при перекачке или сливе жидкостей, даже за счет плескания при езде.

Важно! В домашних условиях полезно «заземляться», например, ходить босиком.

Меры безопасности

В бытовых условиях защититься от статики можно при помощи следующих мер:

1. Увлажнять воздух и каждый день проветривать комнаты;
2. Регулярно проводить влажную уборку, чтобы уменьшить количество пыли, и использовать специальные антистатические щетки;

Использование щетки позволяет снять скопившееся напряжение

1. По возможности использовать мебель из материалов, снимающих статику: специальный линолеум, дерево;
2. Не гладить животных при слишком сухом воздухе, расчесываться деревянными или металлическими щетками — пластик сильно электризуется;
3. Использовать для одежды антистатические спреи, шерстяные вещи снимать медленно для уменьшения трения;
4. На днище автомобиля необходимо наклеить антистатическую полосу для снижения образования статики.

На производстве снизить электростатическое напряжение можно, уменьшив скорость работы, используя специальные материалы и заземление. Также по ГОСТу энергия накопления заряда на поверхности предметов не должна превышать 40% от наименьшей энергии загорания.

На производстве должны быть приняты меры предосторожности

Статическое электричество многие считают неопасным, хоть и не особо приятным. Однако все зависит от силы заряда: в промышленности или при перевозке большого количества горючих жидкостей накопившийся разряд может быть очень сильным и привести к пожару.

Статическое электричество и защита от него

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

Что такое статическое электричество, как оно образуется

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

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

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

— отрицательно заряженных электронов

— положительно заряженных протонов

— не имеющих зарядов нейтронов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Защита от статического электричества

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

Есть несколько основных видов мер защиты от статического электричества:

— создание условий для рассеивания свободных электронов

— предупреждение возникновения и накапливания статического электричества

ЗАЗЕМЛЕНИЕ

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

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

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

увеличение электропроводимости диэлектрических материалов

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

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

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

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

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

ИОНИЗАЦИЯ ВОЗДУХА

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

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

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

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

Статическое электричество и защита от него

Электрические свойства тел определяются тем, как они проводят ток. Их разделяют на проводники и изоляторы. Если объёмное электросопротивление вещества превышает 10⁵ Ом – это диэлектрик, который не проводит электрический ток. На схеме ниже представлены бытовые источники статического электричества (СЭ).

Бытовые источники статистического электричества

В электростатике граница между проводником и непроводником оценивается величиной удельного сопротивления всего 10 кОм*м. При превышении её предмет может стать источником СЭ.

Вещество может быть твёрдым или жидкостью. При его дроблении, трении, перемешивании, перекачивании электроны перераспределяются на поверхностях контакта, образуя двойные электрические слои. При этом происходит возникновение зарядов на поверхности диэлектрика (статического электричества).

Струя легковоспламеняющейся жидкости при свободном истечении легко электризуется. Накопление зарядов СЭ, появляющихся, при наливе нефтепродуктов может привести к разряду, представляющим большую взрывоопасность и пожароопасность.

В промышленности электрические заряды накапливаются на ремнях приводов, конвейерных лентах, в пылевоздушных смесях пневмосистем или аэрозольного транспорта.

На предприятиях пищевого производства СЭ образуется в процессах измельчения, дробления или просеивания сухих продуктов или при переработке зерна.

Источники статистического электричества в промышленности

СЭ образуется, когда соприкасаются тела с разной температурой, шероховатостью, концентрацией зарядов, электрическим состоянием атомов. При этом возникает упорядоченное распределение зарядов в местах контакта.

Когда тела разделяются, происходит частичная нейтрализация зарядов, но некоторая их часть остаётся на поверхностях, создавая электростатическое поле. При критической величине его напряжённости над поверхностью тела происходит электрический разряд. Для воздушной среды она составляет 30 кВ/см.

Степень электризации тела определяется величиной его потенциала по отношению к земле. Она может возрастать в различных технологических или физических процессах: при трении тел, перекачке и наливе свободной струёй неэлектропроводной жидкости, обработке и перемещении сухих материалов.

Заряды в диэлектриках могут появляться также при их трении об металл. Поэтому в данном случае металлический предмет должен быть заземлён, чтобы образующиеся заряды стекали в землю.

Определение энергии разряда

Электрическая искробезопасность – состояние исключения возможности образования искры от СЭ. Безопасную энергию, при которой не образуется пробой, можно рассчитать по формуле:

Э_и = к∙Э_min,

где к = 0,4-0,5 – коэффициент безопасности;

Э_min – минимальное значение энергии, при которой может произойти воспламенение горючего вещества (для воспламенения смесей паров и газов с воздухом Э_min составляет доли миллиджоуля и находится по таблицам).

При накоплении СЭ величина зарядов на промышленных установках может достигать большой величины (45 кВ при транспортировке сыпучей среды на резиновой ленте конвейера, 80 кВ на кожаном ремне привода).

На теле человека потенциал достигает 20 кВ, но разряд не опасен из-за малого тока. При этом ощущение всё равно неприятное – в виде укола или судороги. В результате может произойти попадание в зону работу машин, падение с высоты и т. д.

Действие на человека разряда статического электричества

Электрическая ёмкость разряда статического электричества человеческого тела составляет от 100 до 350 пФ. Если через него произойдёт разряд на 10 кВ, выделяется энергия 5-17,5 мДж. Эта величина больше Э_min воспламенения бензола или этилового спирта (0,2; 0,95 мДж) и является пожароопасной.

СЭ может нарушить технологический режим, создать помехи в системах связи и в работе автоматики, вывести из строя приборы.

Средства защиты от СЭ

Способы борьбы со статическим электричеством отличаются многообразием. Их можно разделить на три группы:

1. предупреждение появления электростатического заряда;

• Заземление оборудования. Систему трубопроводов или аппаратов заземляют как минимум в 2 точках. Заземляющее устройство только для защиты от статического электричества должно иметь сопротивление не выше 100 Ом. Чтобы между трубопроводами или металлоконструкциями, находящимися на расстоянии менее 10 см, не образовалось СЭ, делают замкнутые контуры, устанавливая с интервалом до 20 м металлические перемычки с заземлением. Автоцистерны заземляют стальной цепью, чтобы при движении она касалась дорожного полотна на участке не менее 20 см.
• Контактирующие тела подбирают из материалов, удельные сопротивления которых близки.
• Безопасные скорости перемещения жидких и сыпучих материалов. Если диэлектрическую жидкость пропускать через релаксационную ёмкость, участок трубы с большим диаметром, электростатические заряды снимаются до 98%, стекая через его стенки с заземлением Когда образуются брызги при наливе, капли электризуются особенно интенсивно. Поэтому заполнение емкостей начинается с небольшим расходом жидкости, после чего он постепенно увеличивается.

Схема релаксационной ёмкости с заземлением

• Тонкая очистка жидкостей позволяет уменьшить электризацию. СЭ не накапливается в идеально чистых диэлектриках.

2. снижение значения потенциала заряда до уровня безопасности;

• Увеличение влажности диэлектрика и окружающего воздуха для отвода зарядов.
• Химическая обработка поверхностей.
• Напыление электропроводных плёнок и антистатических аэрозолей.
• Электропроводные рабочие площадки, полы, трапы и заземлённые зоны. Пол на основе бетона считается электропроводным, если его толщина не превышает 3 см.
• Антиэлектростатическая одежда и обувь с подошвой из кожи или электропроводной резины. Популярным является способ введения проводящих веществ в состав изготавливаемого материала: графит, сажа, порошок меди и серебра, и др.
• Добавление растворимых солей меди, кобальта, хрома и других в диэлектрические растворы полимеров и жидкостей (снижение объёмного электрического сопротивления).
• Применение токопроводящих браслетов, легко снимаемых и не мешающих работе.

Нанесение антистатического аэрозоля для уровня безопасности

3. нейтрализация зарядов СЭ.

• Для ионной нейтрализации зарядов применяется ионизация воздуха. Ионизаторы могут быть разных типов: радиоизотопные, индукционные, облучение воздуха ультрафиолетовыми и инфракрасными лучами, созданием коронного разряда. При генерации ионов в воздухе они притягиваются электростатическим полем в зоне накопления зарядов, где происходит нейтрализация последних. На рисунке нижетизображена схема, где отрицательные ионы нейтрализуют положительные заряды СЭ. Эффективность нагнетания ионизированного воздуха в зону нейтрализации небольшая, поскольку ионы рекомбинируют в воздушном потоке. Причём рекомбинация становится интенсивней с увеличением плотности ионов.
• Подбираются поверхности трения из материалов, компенсирующих возникающие электрические заряды.

Схема нейтрализации зарядов СЭ потоком ионов

Мероприятия по устранению электризации должны проводиться с изучением специфики производства. Наиболее эффективными оказываются комбинированные методы, когда используется одновременно несколько приёмов.

Например, известно применение индукционного и радиоизотопного нейтрализаторов. Первый хорошо снижает большие заряды, а с малыми хорошо справляется второй.

СЭ на изолированных проводниках

Согласно ГОСТ 12.1.018 статическое электричество может появляться не только на диэлектриках, но и на изолированных от земли проводниках.

В металлоконструкциях могут наводиться ЭДС под влиянием переменных электрических полей. При сближении с заземлёнными проводниками возникают электрические разряды, которые могут привести к электротравматизму или воспламенению горючих веществ. Все металлоконструкции необходимо заземлять.

Заземление металлоконструкций для избегания электротравматизма

На металлических предметах, не связанных электрически с землёй, может наводиться электростатическая индукция. Заряды могут перетекать на ближайшие предметы, не имеющие заземления, что также приводит к появлению разрядов.

По металлокоммуникациям зданий могут заноситься высокие потенциалы. Чтобы этого не происходило, следует заземлять крюки, удерживающие фазные провода.

Видео про электричество

Как возникает и действует статическое электричество, можно узнать из видео ниже.

Заряды, возникающие от СЭ, могут вызывать пожары и взрывы в технологических процессах, где применяются легковоспламеняющиеся вещества. Разряды от СЭ вызывают у человека неприятные ощущения и могут привести к ошибочным действиям или травмам. Существуют различные методы борьбы со СЭ, наиболее действенными из которых являются комбинированные.

Оцените статью:

Статическое электричество: защита, возникновение — Asutpp

Люди постоянно сталкиваются со статическим электричеством, точнее с его проявлениями (в своей квартире, в автомобиле, на производстве и т.д.). Однако не многие из нас всерьез задумывались о природе его возникновения,  физических свойствах, характеристиках,  средствах защиты от статического электричества. Настоящая статья посвящена поиску ответов на перечисленные вопросы.

Что такое статическое электричество

Для молекулы или атома любого вещества нормальным является равновесное состояние, т.е. число положительных (протонов) и отрицательных (электронов) частиц в атоме одинаково. Но электроны вещества могут легко (у разных материалов по разному) перемещаться от одного атома к другому, тем самым формируя положительный (недостающий электрон) или отрицательный (избыточные электрон) заряд атома. Именно такой дисбаланс в атомах и молекулах формирует статическое электрополе. Такие поля нестабильны и при первой же возможности разряжаются.

ГОСТ 17.1.018-79 “Статическое электричество. Искробезопастность» трактует термин «статическое электричество» как способность свободных электрических зарядов возникать, сохраняться и релаксировать в объеме и на поверхности полупроводников и диэлектриков.
Обязательным «спутником» статического поля является сухой воздух. При влажности выше 80% такие поля практически никогда не формируют т.к. вода является отличным проводником и не позволяет избыточному электричеству накапливаться на поверхности материалов.

Источники возникновения статического поля и причины его генерирования

Все мы помним со школьного курса физики опыт с эбонитовым стержнем, или пластмассовой расческой и куском шерстяной ткани. После натирания стержня тканью он был способен притягивать к себе мелко нарезанные кусочки бумаги.

Опыт с эбонитовым стержнем

Трение двух поверхностей является самым распространенным источников возникновения статического поля. Необязательно тереть два материала друг о друга. Статическое поле может возникнуть при одиночном контакте, к примеру, в случае наматывания/разматывания тканевой ленты.

Также источниками генерирования статического поля могут служить:

• Резкие температурные перепады;
• Высокий уровень радиации.

Статическое поле может быть «самоприобретенным» и «наведенным», т.е. полученным от другого сильно наэлектризованного объекта без непосредственного контакта с ним. Такой метод «принудительной электризации» называют индукцией.

Всем нам хорошо известен электрический треск при снятии верхней одежды или «электрический удар» от кузова автомобиля. Мы наблюдаем и нередко испытываем на себе действие статических разрядов при расчесывании волос, нарезании бумаги, переливании бензина и т.д.

Обязательным условием для генерирования статического электрополя является наличие магнитных полей. Таким образом, следует констатировать, что свободные заряды окружают нас постоянно. Но человеку этого мало и он активно использует в своей повседневной жизни и работе огромное количество различных электрических устройств, тем самым только увеличивая общую «электрическую напряженность» среды обитания.

Сфера использования

Электростатические приборы и устройства, принцип действия которых основывался на трении, так и не смогли покинуть лабораторных полок и учебных, где они, преимущественно, используются в качестве демонстрационного материала.

Попытки использовать статические поля для генерации электрического тока тоже не принесло особых успехов. Генераторы Ван Дер Граафа и Феличи, которые были созданы в 30-ом и 40-ом году прошлого столетия, тоже не нашли себе широкого применения, т.к. это оборудование было достаточно громоздко.

Генераторы Ван Дер Граафа

К тому же их функционирование и техническое обслуживание обходилось очень дорого.

Очень полезным с точки зрения промышленного применения, оказалось открытие коронного разряда, который широко применяется в различных областях промышленности. В частности, с его помощью, можно очищать газы от различных примесей и наносить краску на поверхность любой конфигурации.

Проблемы, связанные со статическим электричеством

Значительно большее внимание сегодня уделяется проблемам, которые являются прямым следствием накопленного электростатического напряжения. Электроудары различной мощности могут поражать человека, как в домашних условиях, так и на работе.

Статическое электричество в быту

К примеру, свитер из синтетической ткани, в результате трения со спинкой кресла или с материалом верхней одежды, способен накапливать разряд, который «даст о себе знать» при его снимании. Гораздо мощнее бьет при прикосновения к кузову автомобиля, который наэлектризовался от трения об воздух.

Любой электрический прибор, будь то кухонный комбайн, ноутбук, монитор компьютера или пылесос, обязательно несет в себе электростатический заряд, который «охотно» переходит в человека при контакте. Такой «переход» может вызывать, а может и не вызывать болезненные ощущения, но он однозначно вреден для человеческого организма.

Ученые давно доказали, что воздействие энергии статического электричества представляет опасность для здоровья человека, в частности для сердечно-сосудистой и центральной нервной системы.

Защита

В упоминаемом ранее, ГОСТе детально рассматриваются способы защиты от влияния статических полей, самым простым из которых является надежное заземление оборудования.

Что можно сделать защиты от статических полей помещений частного дома и промышленных помещений?

Видео: как избавиться от статического электричества.
https://www.youtube.com/watch?v=ls-hBlqJu9Y

Для защиты людей и высокоточного оборудования от воздействия статического электричества на производстве используют специальные экраны и другие электромеханические приспособления. Для подавления электризации в жидких полимерах применяют специальные присадки и растворители. Широко используются в качестве для защиты от статического электричества в быту и на производстве различные антистатики.

Антистатическая спец. одежда

Это химические вещества, имеющие низкую молекулярную массу, что позволяет их молекулам легко перемещаться и, в дополнение к этому, вступать реакцию с атмосферной влагой. Совокупность этих характеристик позволяет им рассеивать очаги возникновения статических полей и снимать статистическое напряжение с человека.