Statiskā elektrība — kas tā ir, kā tā tiek ģenerēta un ar to saistītās problēmas

Kas ir statiskā elektrība

Statiskā elektrība rodas, ja tiek traucēts intraatomiskais vai intramolekulārais līdzsvars elektrona pieauguma vai zuduma dēļ. Parasti atoms ir līdzsvarā, jo ir vienāds pozitīvo un negatīvo daļiņu skaits - protoni un elektroni. Elektroni var viegli pārvietoties no viena atoma uz otru. Tajā pašā laikā tie veido pozitīvos (kur nav elektronu) vai negatīvos (viens elektrons vai atoms ar papildu elektronu) jonus. Kad rodas šī nelīdzsvarotība, rodas statiskā elektrība.

Sīkāku informāciju skatiet šeit: Par statisko elektrību attēlos

Elektriskais lādiņš uz elektrona — ( -) 1,6 x 10-19 kulons. Protonam ar tādu pašu lādiņu ir pozitīva polaritāte. Statiskais lādiņš kulonos ir tieši proporcionāls elektronu pārpalikumam vai deficītam, t.i. nestabilo jonu skaits.

Kulons ir statiskā lādiņa pamatvienība, kas nosaka elektrības daudzumu, kas 1 sekundē iziet cauri stieples šķērsgriezumam pie 1 ampēra.

Pozitīvajam jonam nav viena elektrona, tāpēc tas var viegli pieņemt elektronu no negatīvi lādētas daļiņas. Savukārt negatīvais jons var būt vai nu viens elektrons, vai atoms/molekula ar lielu elektronu skaitu. Abos gadījumos ir elektrons, kas var neitralizēt pozitīvo lādiņu.

Kā rodas statiskā elektrība

Galvenie statiskās elektrības cēloņi:

• Divu materiālu saskare un to atdalīšana viens no otra (ieskaitot berzi, velmēšanu / attīšanu utt.).

• Strauja temperatūras pazemināšanās (piemēram, kad materiāls tiek ievietots cepeškrāsnī).

• Augstas enerģijas starojums, ultravioletais starojums, rentgena starojums, spēcīgi elektriskie lauki (nav izplatīti rūpnieciskos lietojumos).

• Griešanas operācijas (piemēram, griešanas mašīnās vai papīra griešanas mašīnās).

• Rokasgrāmata (ģenerētā statiskā elektrība).

Virsmas saskare un materiālu atdalīšana, iespējams, ir visizplatītākie statiskās elektrības cēloņi ruļļu plēvju un plastmasas lokšņu rūpniecībā. Statiskais lādiņš rodas materiālu attīšanas / pārtīšanas laikā vai dažādu materiālu slāņu pārvietošanas laikā viens pret otru.

Šis process nav pilnībā skaidrs, bet patiesāko statiskās elektrības parādīšanās skaidrojumu šajā gadījumā var iegūt pēc analoģijas ar plakanu kondensatoru, kurā mehāniskā enerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā, atdalot plāksnes:

Iegūtais spriegums = sākotnējais spriegums x (galīgais plākšņu atstatums / sākotnējā plākšņu atstarpe).

Sintētiskajai plēvei pieskaroties padeves/uzņemšanas veltnim, neliels lādiņš, kas plūst no materiāla uz veltni, izraisa nelīdzsvarotību.Materiālam pārvarot saskares laukumu ar vārpstu, spriegums palielinās tāpat kā kondensatora plāksnes to atdalīšanas brīdī.

Prakse rāda, ka iegūtā sprieguma amplitūda ir ierobežota elektriskā sabrukuma dēļ, kas rodas spraugā starp blakus esošajiem materiāliem, virsmas vadītspēju un citiem faktoriem. Filmas izejā no kontakta zonas bieži var dzirdēt nelielu sprakšķi vai novērot dzirksteles. Tas notiek brīdī, kad statiskais lādiņš sasniedz vērtību, kas ir pietiekama, lai sadalītu apkārtējo gaisu.

Pirms saskares ar rullīti sintētiskā plēve ir elektriski neitrāla, bet kustības procesā un saskarē ar padeves virsmām uz plēvi tiek virzīta elektronu plūsma un uzlādē to ar negatīvu lādiņu. Ja vārpsta ir metāla un iezemēta, tās pozitīvais lādiņš ātri iztukšojas.

Lielākajai daļai iekārtu ir daudz vārpstu, tāpēc uzlādes apjoms un tā polaritāte var bieži mainīties. Labākais veids, kā kontrolēt statisko lādiņu, ir precīzi izmērīt to zonā tieši problemātiskās zonas priekšā. Ja lādiņš tiek neitralizēts pārāk agri, tas var atjaunoties, pirms plēve sasniedz šo problemātisko zonu.

Ja objekts spēj uzglabāt ievērojamu lādiņu un ja ir augsts spriegums, statiskā elektrība radīs nopietnas problēmas, piemēram, loka izbūvi, elektrostatisko atgrūšanos/pievilkšanos vai elektriskās strāvas triecienu personālam.

Uzlādējiet polaritāti

Statiskais lādiņš var būt pozitīvs vai negatīvs.Līdzstrāvai (AC) un pasīvajiem ierobežotājiem (sukām) lādiņa polaritātei parasti nav nozīmes.

Statiskās elektrības problēmas

Statiskā izlāde elektronikā

Šai problēmai ir jāpievērš uzmanība, jo tas bieži notiek, strādājot ar elektroniskajiem blokiem un komponentiem, ko izmanto mūsdienu vadības un mērīšanas ierīcēs.

Elektronikā galvenās briesmas, kas saistītas ar statisko elektrību, rada persona, kas nes lādiņu, un to nevajadzētu ignorēt. Izlādes strāva rada siltumu, kas noved pie bojātiem savienojumiem, bojātiem kontaktiem un bojātām mikroshēmu pēdām. Augstspriegums iznīcina arī plāno oksīda plēvi uz lauka efekta tranzistoriem un citiem pārklājuma elementiem.

Bieži vien komponenti pilnībā neizdodas, ko var uzskatīt par vēl bīstamāku, jo darbības traucējumi neparādās uzreiz, bet gan neparedzamā brīdī ierīces darbības laikā.

Parasti, strādājot ar detaļām un ierīcēm, kas ir jutīgas pret statisko elektrību, vienmēr ir jāveic pasākumi, lai neitralizētu uzkrāto ķermeņa lādiņu.

Elektrostatiskā pievilcība / atgrūšana

Tā, iespējams, ir visizplatītākā problēma plastmasas, papīra, tekstila un ar to saistītajās nozarēs. Tas izpaužas ar to, ka materiāli patstāvīgi maina savu uzvedību — salīp vai, gluži pretēji, atgrūž, pielīp pie iekārtas, pievelk putekļus, neregulāru vēju uz uztverošās ierīces utt.

Pievilcība/atgrūšana notiek saskaņā ar Kulona likumu, kas balstās uz kvadrāta pretstata principu. Vienkāršākajā formā tas tiek izteikts šādi:

Pievilkšanās vai atgrūšanas spēks (ņūtonos) = lādiņš (A) x lādiņš (B) / (attālums starp objektiem 2 (metros)).

Tāpēc šī efekta intensitāte ir tieši saistīta ar statiskā lādiņa amplitūdu un attālumu starp pievilcīgiem vai atbaidošiem objektiem. Pievilkšanās un atgrūšanās notiek elektriskā lauka līniju virzienā.

Ja diviem lādiņiem ir vienāda polaritāte, tie atgrūž; ja otrādi, viņi piesaista viens otru. Ja kāds no objektiem ir uzlādēts, tas izraisīs pievilcību, radot neitrālu objektu lādiņa spoguļattēlu.

Ugunsgrēka risks

Ugunsgrēka risks nav izplatīta problēma visās nozarēs. Bet drukāšanas un citos uzņēmumos, kas izmanto viegli uzliesmojošus šķīdinātājus, ugunsgrēka iespējamība ir ļoti augsta.

Bīstamās zonās visizplatītākie aizdegšanās avoti ir neiezemētas iekārtas un kustīgi vadi. Ja operators bīstamā zonā valkā sporta apavus vai apavus ar nevadošu zoli, pastāv risks, ka viņa ķermenis radīs lādiņu, kas var aizdedzināt šķīdinātājus. Bīstamas ir arī mašīnas nezemētās vadošās daļas. Visam bīstamajā zonā jābūt pareizi iezemētam.

Tālāk sniegtā informācija sniedz īsu skaidrojumu par statiskās elektrības aizdegšanās potenciālu uzliesmojošā vidē. Svarīgi, lai nepieredzējušie tirgotāji jau iepriekš būtu informēti par aprīkojuma veidiem, lai izvairītos no kļūdām, izvēloties ierīces lietošanai šādos apstākļos.

Izlādes spēja izraisīt ugunsgrēku ir atkarīga no daudziem mainīgajiem faktoriem:

• iznīcināšanas veids;

• izlādes jauda;

• izplūdes avots;

• izlādes enerģija;

• uzliesmojošas vides klātbūtne (šķīdinātāji gāzes fāzē, putekļi vai uzliesmojoši šķidrumi);

• uzliesmojošas vides minimālā aizdegšanās enerģija (MEW).

Izlādes veidi

Ir trīs galvenie veidi — dzirksteļbirstes, birstes un bīdāmās sukas. Šajā gadījumā koronārā izlāde netiek ņemta vērā, jo tā nav ļoti enerģiska un notiek diezgan lēni. Korona izlāde parasti ir nekaitīga, un tā jāņem vērā tikai vietās, kur ir ļoti augsts ugunsgrēka un eksplozijas risks.

Sirsnīgs izraksts

Tas galvenokārt nāk no vidēji vadoša, elektriski izolēta objekta. Tas var būt cilvēka ķermenis, mašīnas daļa vai instruments. Tiek pieņemts, ka dzirksteļošanas brīdī visa lādiņa enerģija tiek izkliedēta. Ja enerģija ir lielāka par šķīdinātāja tvaiku MEW, var rasties aizdegšanās.

Dzirksteles enerģiju aprēķina šādi: E (džoulos) = ½ C U2.

Izdalījumi no rokām

Birstes izlāde rodas, kad asas iekārtas koncentrē lādiņu uz dielektrisko materiālu virsmām, kuru izolācijas īpašības izraisa tā uzkrāšanos. Sukas izlādei ir mazāka enerģija nekā dzirksteļaizlādei, un tāpēc tā rada mazāku aizdegšanās risku.

Izklājiet ar bīdāmu otu

Bīdāmās otas izsmidzināšana notiek uz augstas pretestības sintētisko materiālu loksnēm vai ruļļiem ar palielinātu lādiņa blīvumu un atšķirīgu lādiņa polaritāti katrā auduma pusē. Šo parādību var izraisīt pulvera pārklājuma berzēšana vai izsmidzināšana. Ietekme ir salīdzināma ar plakana kondensatora izlādi un var būt tikpat bīstama kā dzirksteļaizlāde.

Spēka un enerģijas avots

Svarīgi faktori ir lādiņa sadalījuma izmērs un ģeometrija. Jo lielāks ķermeņa tilpums, jo vairāk enerģijas tas satur. Asi stūri palielina lauka intensitāti un uztur izlādi.

Izlādes jauda

Ja objekts ar enerģiju neuzvedas labi elektrībapiemēram, cilvēka ķermenis, objekta pretestība vājinās izmešanu un samazinās apdraudējumu. Cilvēka ķermenim ir pamatnoteikums: pieņemsim, ka visi šķīdinātāji, kuru iekšējā minimālā aizdegšanās enerģija ir mazāka par 100 mJ, var aizdegties, neskatoties uz to, ka organismā esošā enerģija var būt 2 līdz 3 reizes lielāka.

Minimālā aizdedzes enerģija MEW

Šķīdinātāju minimālā aizdegšanās enerģija un to koncentrācija bīstamajā zonā ir ļoti svarīgi faktori. Ja minimālā aizdedzes enerģija ir mazāka par izlādes enerģiju, pastāv aizdegšanās risks.

Elektrošoks

Arvien lielāka uzmanība tiek pievērsta jautājumam par statiskā šoka risku rūpniecības uzņēmumā. Tas ir saistīts ar ievērojamu arodveselības un drošības prasību pieaugumu.

Statiskās elektrības izraisīts elektriskās strāvas trieciens parasti nav īpaši bīstams. Tas ir vienkārši nepatīkami un bieži izraisa smagas reakcijas.

Pastāv divi izplatīti statiskā šoka cēloņi:

Inducētais lādiņš

Ja cilvēks atrodas elektriskā laukā un tur rokās kādu uzlādētu priekšmetu, piemēram, plēves spoli, viņa ķermenis var uzlādēties.

Ja viņš valkā kurpes ar izolējošām zolēm, lādiņš paliek operatora ķermenī, līdz viņš pieskaras iezemētajam aprīkojumam. Lādiņš noplūst zemē un skar cilvēku. Tas notiek arī tad, kad operators pieskaras lādētiem priekšmetiem vai materiāliem — izolējošo apavu dēļ lādiņš uzkrājas ķermenī. Kad operators pieskaras iekārtas metāla daļām, lādiņš var izlādēties un izraisīt elektriskās strāvas triecienu.

Kad cilvēki staigā pa sintētiskiem paklājiem, kontaktā starp paklāju un apaviem rodas statiskā elektrība. Elektrisko triecienu, ko vadītāji saņem, izkāpjot no automašīnām, izraisa lādiņš, kas uzkrājas starp sēdekli un apģērbu, kad viņi pieceļas. Šīs problēmas risinājums ir pirms pacelšanas no sēdekļa pieskarties kādai automašīnas metāla daļai, piemēram, durvju rāmim. Tas ļauj lādiņam droši noplūst zemē caur transportlīdzekļa virsbūvi un riepām.

Iekārtas izraisīts elektriskās strāvas trieciens

Šāds elektriskās strāvas trieciens ir iespējams, lai gan tas notiek daudz retāk nekā materiāla izraisīti bojājumi.

Ja uzņemšanas spolei ir ievērojams lādiņš, gadās, ka operatora pirksti lādiņu koncentrē tiktāl, ka tas sasniedz lūzuma punktu un notiek izlāde. Tāpat, ja neiezemēts metāla priekšmets atrodas elektriskā laukā, tas var tikt uzlādēts ar inducētu lādiņu. Tā kā metāla priekšmets ir vadošs, mobilais lādiņš izlādēsies cilvēkā, kas pieskaras objektam.