מהו חשמל סטטי וכיצד להגן על עצמך מפניו

המושג תופעת טבע המכונה "חשמל סטטי" מוכר לרוב האנשים מהקורס לפיזיקה בבית הספר. זה מתאר חוויה כשפיסות נייר קצוצות דק מתחילות להידבק למסרק או מקל אבוני שהיה עלוב על השיער. התופעה הנחקרת מוצגת בדוגמה זו כמשיכה של אלמנטים טעונים שונים, שמוסברת על ידי הפרדת מטענים בגלל העבודה שנעשתה על ידי חיכוך. עם זאת, ישנם ביטויים אחרים של השפעה זו בטבע, שאינם דומים כלל לניסוי או חווית בידור. לאחר שהתוודעתם אליהם, קל יותר להבין מהו לחץ סטטי וכיצד ניתן להתמודד איתו בייצור ובתנאים ביתיים.

קביעת חשמל סטטי

על פי ההגדרה, חשמל סטטי כהשפעה הוא תופעה מסוכנת המאיימת על הבריאות והפעילות המעשית של כל אדם. כדי להבין ולהבין את מהותו, צריך לזכור כי כל החומרים הידועים מורכבים ממולקולות, והאחרונים מהחלקיקים הקטנים ביותר הנקראים אטומים. במרכזם גרעין עם פרוטונים ונויטרונים, וקבוצות אלקטרונים סובבות סביבו במסלולים שונים. המטען הכולל של חלקיקים אלה תואם לאותו אינדיקטור לפרוטונים, כך שהאטום בכללותו הוא ניטרלי.

בחלק מהחומרים, אלקטרונים בעלי טעינה שלילית נמצאים כל כך רחוק מהמרכז, שבשיבוש הקל ביותר במאזן האנרגיה הם נעקרים ממסלולם הקבוע. זה קורה בדרך כלל כתוצאה מחיכוך, כאשר כמות קטנה של אנרגיה תרמית משתחררת בחומר.

כאשר אלקטרונים מתרחקים מהגרעין, הוא רוכש מטען חיובי, ומספר משמעותי של חלקיקים בעלי מטענים הפוכים (יונים) מופיעים בגוף החומר. הם המקור והגורם העיקרי למה שמכונה "חשמל סטטי".

גורמים להתרחשות ולביטוי

מתח סטטי נובע מהפרעה במאזן הכללי של חלקיקים טעונים חשמל שנמצאים בכל חומר. הוא נוצר לא רק על פי תרחיש שתוכנן מראש: לבקשת מורה או נסיין. בפועל, זה מתבטא לרוב ללא השתתפות ולמרות רצונו.

דוגמה פשוטה: לבישת בגדים מבדים סינתטיים. עקב חיכוך לגוף והופעת מטענים סטטיים לאחר מכן, העניין מתחיל להקיף אותו בחוזקה ואינו מאפשר לו להעניק את המראה הרצוי לצד. הדרך היחידה האפשרית במצב זה היא לרסס אותו עם גורם מיוחד שנקרא "אנטיסטטי". זו הדרך היחידה להסיר מטען עודף מהחומר הסינטטי.

סיבות נפוצות נוספות למטען סטטי הן:

• שינויי טמפרטורה מוחשיים, שגם הם חדים מאוד;
• רמה גבוהה של קרינה, המובילה לעלייה באנרגיית האלקטרונים ולהופעתם של חלקיקים טעונים הטרוגניים בחומר;
• נוכחות של אינדוקציה חזקה ושדות מגנטיים.

שתי הסיבות הראשונות שבגללן אדם מתחיל להיות "בהלם" אינן זקוקות להסברים מיוחדים. לעומת זאת, אינדוקציה מגנטית נראית כבעיה רצינית, במיוחד לאחרונה.

עם הצמיחה המתמדת של מספר מכשירי החשמל הביתיים, שלרבים מהם יש אלמנטים אינדוקטיביים, ההשפעה של שדות אלקטרומגנטיים על האדם גוברת בחדות. אחד הביטויים הללו הוא חישמול האטמוספירה עקב הפרדת חלקיקי אוויר לאלקטרונים וליונים טעונים, שהוא בעצם אותו ביטוי של חשמל סטטי.

הצטברות הדרגתית של גורמי סיכון הקשורים למגוון מקורות של תחומים זרים הובילה לכיוון נפרד במדע העוסק בחקר מידת הסכנה שלהם. מצד שני, מדענים חשבו זה מכבר על התכונות המועילות של חישמול ועל האפשרות להעמיד את האפקט הזה לשירות האדם.

חסרונות ויתרונות של ביטוי סטטי

הביטויים המסוכנים של אלקטרוסטטיקה כוללים בעיקר חיכוך מתמיד של בגדים באיכות נמוכה על גוף האדם והצטברות מטענים חשמליים על העור. בתחום הטכני, השפעה זו בולטת במיוחד במהלך עבודתם של מתקינים-מומחים בהלחמת מיקרו-מעגלים. במקרה זה, הוא מאיים על כישלון שבבים יקרים או אפילו מכשירים שלמים המורכבים על בסיסם.

בעת הרכבת שבבים יקרים ונדירים, דרישות הבטיחות קובעות אמצעי הגנה מיוחדים מפני ביטויים לא נעימים אלה.

בטכנולוגיות הקשורות להלחמה של כמה מעגלי מיקרו, ההגנה האלקטרוסטטית כרוכה בהרכבת צמיד מוארק על היד, שבנוכחותו מסוכנת הסכנה עקב ניקוז המטענים לקרקע. אמצעי מניעה כאלה נוגעים בעיקר למבני K-MOS מיושנים, המוחלפים יותר ויותר במיקרו-שבבים מודרניים עם הגנה מובנית מפני חשמל סטטי.

סכנה לבני אדם

ביטויים של סטטיקה, המסוכנים לבני אדם, כוללים:

• פריקות ברקים המלוות ברק - הן נגרמות על ידי חיכוך ממושך של זרמי אוויר; מבחינת ההשלכות האפשריות, כולל סכנת שריפה, הן עדיפות בהרבה על כל הביטויים האחרים;
• השפעת המטענים על הכיסוי הביולוגי (העור) והופעת גירויים קשים עליו;
• פריקות חשמל מסוכנות ולא נעימות דרך גוף האדם בעת נגיעה בחלקי מתכת של ציוד לא מקורקע.

לתופעה האחרונה אין שום קשר עם זעזועי זרם קריטיים הנגרמים על ידי מצבי חירום כאשר מתח מסוכן פוגע בבית המכשיר הביתי.

כל השאלות הללו נוגעות רק לצד החיצוני של גילויי החשמל הסטטי, שניתן לבטל בעזרת אמצעי הגנה טכניים. בחינה מדוקדקת יותר של תהליך זה מגלה כי השפעות הסטטיקה על הסומטיקה ועל גוף האדם עשויות להוביל לתוצאות חמורות יותר:

• הפרעות שינה שיטתיות;
• שינויים בטון מערכת הלב וכלי הדם;
• עייפות קשה;
• התרחשות של בעיות במערכת העצבים;
• סטיות קטנות בעבודת רקמת השריר.

למרות שהפרעות אלו אינן מורגשות במיוחד בהתחלה, עם הזמן מצטברים שינויים בגוף, מה שעלול להוביל לחריגות חמורות. שינה ירודה מביאה לבעיות נפשיות, מה שמוביל בתורו למחלות אחרות. הנזק מהשפעה זו במקרה זה הוא מעל לכל ספק.

רופאים ממליצים לשים לב היטב לא רק לחומר הבגדים שנלבשים כל הזמן, אלא גם לבחירת המצעים הביתיים, עליהם מצטבר מטען מסוכן.

היתרונות של חשמל סטטי

בשלב מסוים, מדענים וממציאים רבים ניסו למצוא דרכים לנהל מטען סטטי לטובת בני האדם. הם פיתחו יחידות מגושמות ויקרות מאוד, שהתשואה עליהן נותרה, ככלל, נמוכה מאוד. פריצת הדרך היחידה בתחום זה היא גילוי המדענים של מה שמכונה "פריקת קורונה".

האפשרויות הייחודיות לתופעה זו משמשות לא רק בייצור, אלא גם בתנאים ביתיים רגילים. בשל התפתחותן של שיטות מודרניות לשליטה בתופעות אלקטרוסטטיות, נעשה שימוש נרחב בתהליכים הטכנולוגיים הבאים:

• צביעת בסיסי מסגרת, וכן משטחי מבני מתכת ומוצרים טרומיים אחרים;
• טיהור גזים מזיהומים בענף הכרייה;
• שימוש בתחומים רבים הקשורים לעיבוד חומרים (ננוטכנולוגיה מודרנית).

פריקה כלילית מצאה יישומים רחבים גם ברפואה, שם היא משמשת לחשיפה מוגבלת לפריקות אלקטרוסטטיות באיברים אנושיים חולים. בנוסף, על בסיס השפעה זו פותחו מכשירים רבים שיכולים ליינן את האוויר לא רק בחצרים תעשייתיים ובבתי מלאכה, אלא גם בדירה עירונית טיפוסית. אחת ההמצאות השימושיות הללו היא פילטר אלקטרוסטטי המיועד להסרת אירוסול וחלקיקים מכניים מהאוויר הסביבתי. הודות לשימוש בו, ניתן להיפטר מפיח, פיח ועשן, כמו גם מחלקיקי אבק קטנים המצטברים עודפים בכל בית מודרני.

כיצד להסיר חשמל סטטי מאדם ומחפצים שמסביב

מכיוון שהזיקות החשמל הסטטי למבוגרים וילדים הוכחה על ידי הזמן, מדענים כבר זמן רב חיפשו דרכים להגן עליהם מפני תופעה מסוכנת זו. חשיבות מיוחדת היא נושא ההגנה על ילדים צעירים מפני סטטיקה, הרגישים יותר לביטויים שלה. עבור כל קטגוריות המשתמשים, פותחו כמה גישות שונות כדי להקל על חשמל סטטי המצטבר לאורך זמן על משטחי כל אובייקט.

הדרך הקלה ביותר להיפטר מהצטברות סטטית על ציוד ביתי (במחשב אישי או מכונת כביסה, למשל) היא הארקה באמצעות חיבור השלדה לאוטובוס קרקע מיוחד.

השיטה הפשוטה ביותר להסרת מטען מכל לביש היא לרסס אותו מעת לעת בבקבוק ריסוס במים, שהוא קרקע טובה.

כדי למנוע הצטברות מטען מסוכן על גוף המכונית, רצועת גומי (רצועה) מוליכה מיוחדת מחוברת לפגוש האחורי שלה. בנוסף, במהלך נסיעות ארוכות ברכבים פרטיים, יש צורך ללמוד את נושא אי קבילות צבירת המטענים בשל שינוי במיקום הגוף ביחס למושב. כתוצאה מהחיכוך הנובע מכיסויים, לפעמים מצטברת כמות מספקת שלהם, מה שמוביל לעיתים קרובות לפריקה חשמלית מוחשית ולא נעימה. לכן, כדאי להרטיב מדי פעם את המושבים על ידי ריסוס בקבוק ספריי קומפקטי מיוחד.

אמצעי הגנה ואמצעים אישיים

הגנה אלקטרוסטטית היא אמצעי הכרחי, שלמעשה אי אפשר להסתדר בלעדיו בחיים המודרניים. לשם כך פותחו מספר שיטות יעילות ויעילות, בהן ניתן להפחית את הסכנה לאפקטים סטטיים. ראשית, זו הבחירה הנכונה של בגדים ללבוש יומיומי, אשר נעשית על בסיס בדים טבעיים כמו כותנה, פשתן וסיבים דומים ממקור לא סינתטי. אם אי אפשר לעשות זאת, יהיה עליכם להשתמש באמצעים מודרניים להסרת אלקטרוסטטיקה, שפותחו במיוחד למטרות אלה.

הדרך הקלה ביותר להגן מפני תופעות חשמליות בעת לבישת בגדים היא שימוש בתרכובת אנטי סטטית שמסירה את המטען מעל פני הבד הארוג.

אבקות כביסה מיוחדות התפשטו, המכילות תוספים מיוחדים המנטרלים את השפעת האפקט האלקטרוסטטי.

היפטרות מחשמל סטטי תעזור לגישה מוכשרת לבחירת נעליים לבישות מדי יום, וזה לא פחות חשוב מאשר בחירת הבד המתאים לבגדים.כדי להסביר את המוזרויות של הגנה על אדם מצד רגליים, יהיה צורך לזכור כי קל יותר להיטען מטענים בחינם, הנמצאים תמיד בקרקע, על משטחי גומי. בחירה של נעליים ללבוש קבוע עם סוליות על בסיס עור תפחית את הפוטנציאל לאלקטרוסטטיקה מהקרקע.

בכל המפעלים, שעובדיהם עוסקים בייצור מכשירים חשמליים ורכיבים חשמליים דיוקים ויקרים עבורם, הם מוציאים נעליים מיוחדות. בעזרתו ניתן להגן על שבבים מודרניים וחלקים אלקטרוניים אחרים מפני התמוטטות מקרית על ידי חשמל סטטי.

מן התרגול ידוע כי מים וסביבה לחה הם מוליכים של מטענים חשמליים, כך שלרוב הם לא מצטברים על משטחים רטובים. הליך זה מתבצע על ידי מריחת פתרונות ותחליבים מיוחדים על עור הידיים והגוף. עדיף לעשות זאת ממש לפני ההלבשה, ואז לחות לחלקים חשופים בגוף לאורך כל יום העבודה. כשמצטבר כמות גדולה של מטען על בגדים שלבושים בבית, מומלץ להשרות אותו לזמן קצר ואז לייבש אותו היטב בחוץ.

חשמל סטטי כשלעצמו הוא ביטוי טבעי המסוכן לבני אדם ועלול להוביל למספר השלכות לא רצויות ואף למחלה קשה. לכן, המאבק נגדו זוכה לתשומת לב מוגברת לא רק בקנה מידה תעשייתי, אלא גם בתנאים ביתיים.