Co to jest elektryczność statyczna i jak się przed nią chronić

Pojęcie zjawiska naturalnego zwanego „elektrycznością statyczną” jest znane większości osób ze szkolnego kursu fizyki. Opisuje doświadczenie, gdy drobno posiekane kawałki papieru zaczynają przyklejać się do grzebienia lub ebonitu, który został wytarty na włosach. Badane zjawisko przedstawiono na tym przykładzie jako przyciąganie elementów o odmiennych ładunkach, co tłumaczy się oddzieleniem ładunków w wyniku pracy wykonanej przez tarcie. Istnieją jednak inne przejawy tego efektu w przyrodzie, które w niczym nie przypominają eksperymentu lub doświadczenia rozrywkowego. Po zapoznaniu się z nimi łatwiej zrozumieć, czym jest stres statyczny i jak sobie z nim radzić w warunkach produkcyjnych i domowych.

Wyznaczanie elektryczności statycznej

Zgodnie z definicją, elektryczność statyczna jako efekt jest niebezpiecznym zjawiskiem, które zagraża zdrowiu i praktycznym działaniom każdej osoby. Aby zrozumieć i zrozumieć jego naturę, należy pamiętać, że wszystkie znane substancje składają się z cząsteczek, a ta ostatnia z najmniejszych cząsteczek zwanych atomami. W ich centrum znajduje się jądro z protonami i neutronami, a wokół niego krążą grupy elektronów po różnych orbitach. Całkowity ładunek tych cząstek odpowiada temu samemu wskaźnikowi dla protonów, więc atom jako całość jest obojętny.

W niektórych substancjach elektrony naładowane ujemnie znajdują się tak daleko od centrum, że przy najmniejszym zakłóceniu bilansu energetycznego są wypierane ze swoich stałych orbit. Zwykle następuje to w wyniku tarcia, kiedy w substancji uwalniana jest niewielka ilość energii cieplnej.

Gdy elektrony oddalają się od jądra, nabiera ono ładunku dodatniego, a w ciele materiału pojawia się znaczna liczba cząstek o przeciwnych ładunkach (jony). Są źródłem i główną przyczyną tzw. „elektryczności statycznej”.

Przyczyny występowania i manifestacji

Naprężenie statyczne powstaje w wyniku zakłócenia ogólnej równowagi naładowanych elektrycznie cząstek obecnych w każdej materii. Powstaje nie tylko według wcześniej zaplanowanego scenariusza: na prośbę nauczyciela lub eksperymentatora. W praktyce objawia się to najczęściej bez udziału i wbrew jego woli.

Prosty przykład: noszenie ubrań wykonanych z tkanin syntetycznych. Wskutek tarcia o ciało i późniejszego pojawienia się ładunków statycznych, materia zaczyna je ciasno okrążać i nie pozwala mu nadać pożądanego wyglądu obok. Jedynym możliwym wyjściem w tej sytuacji jest spryskanie go specjalnym środkiem o nazwie „antystatyk”. To jedyny sposób na usunięcie nadmiaru ładunku z materiału syntetycznego.

Inne częste przyczyny ładowania statycznego to:

• namacalne zmiany temperatury, które również są bardzo gwałtowne;
• wysoki poziom promieniowania, prowadzący do wzrostu energii elektronów i pojawienia się w materiale niejednorodnych naładowanych cząstek;
• obecność silnych pól indukcyjnych i magnetycznych.

Pierwsze dwa powody, dla których człowiek zaczyna „być w szoku”, nie wymagają specjalnych wyjaśnień. W przeciwieństwie do tego indukcja magnetyczna wydaje się być poważnym problemem, szczególnie w ostatnim czasie.

Wraz ze stałym wzrostem liczby urządzeń gospodarstwa domowego, z których wiele ma elementy indukcyjne, wpływ pól elektromagnetycznych na osobę gwałtownie wzrasta. Jednym z tych przejawów jest elektryfikacja atmosfery z powodu rozdzielenia cząstek powietrza na naładowane elektrony i jony, co jest zasadniczo tym samym przejawem elektryczności statycznej.

Stopniowa kumulacja czynników ryzyka związanych z różnymi źródłami pól obcych doprowadziła do wyodrębnienia w nauce odrębnego kierunku zajmującego się badaniem stopnia ich zagrożenia. Z drugiej strony naukowcy od dawna myśleli o dobroczynnych właściwościach elektryfikacji i możliwości oddania tego efektu w służbie człowieka.

Wady i zalety manifestacji statycznej

Niebezpieczne przejawy elektrostatyki to przede wszystkim ciągłe tarcie niskiej jakości odzieży o ludzkie ciało i gromadzenie się ładunków elektrycznych na skórze. W dziedzinie techniki efekt ten jest szczególnie wyraźny podczas pracy instalatorów-specjalistów w lutowaniu mikroukładów. W tym przypadku grozi awarią drogich chipów lub nawet całych urządzeń zmontowanych na ich bazie.

Podczas montażu cennych i rzadkich mikroczipów wymagania bezpieczeństwa przewidują specjalne środki ochrony przed tymi nieprzyjemnymi objawami.

W technologiach związanych z lutowaniem niektórych mikroukładów ochrona elektrostatyczna polega na założeniu na rękę uziemionej bransoletki, w obecności której eliminowane jest niebezpieczeństwo dzięki odprowadzaniu ładunków do ziemi. Takie środki zapobiegawcze dotyczą głównie przestarzałych struktur K-MOS, które coraz częściej są zastępowane przez nowoczesne mikrochipy z wbudowaną ochroną przed elektrycznością statyczną.

Niebezpieczeństwo dla ludzi

Do niebezpiecznych dla człowieka przejawów statyki należą:

• wyładowania atmosferyczne z towarzyszącymi piorunami - są spowodowane długotrwałym tarciem prądów powietrza; pod względem możliwych konsekwencji, w tym zagrożenia pożarowego, znacznie przewyższają wszystkie inne przejawy;
• wpływ ładunków na powłokę biologiczną (skórę) i pojawienie się na niej poważnych podrażnień;
• niebezpieczne i nieprzyjemne wyładowania elektryczne przez ludzkie ciało podczas dotykania metalowych części nieuziemionego sprzętu.

To ostatnie zjawisko nie ma nic wspólnego z krytycznymi udarami prądowymi spowodowanymi przez sytuacje awaryjne, gdy niebezpieczne napięcie uderza o obudowę urządzenia gospodarstwa domowego.

Wszystkie te pytania dotyczą tylko zewnętrznej strony przejawów elektryczności statycznej, którą można wyeliminować za pomocą technicznych środków ochrony. Bliższe przyjrzenie się temu procesowi ujawnia, że ​​wpływ statyki na somatykę i organizm ludzki może prowadzić do poważniejszych konsekwencji:

• systematyczne zaburzenia snu;
• zmiany w tonie układu sercowo-naczyniowego;
• silne zmęczenie;
• występowanie problemów z układem nerwowym;
• małe odchylenia w pracy tkanki mięśniowej.

Chociaż zaburzenia te na początku nie są bardzo zauważalne, z czasem w organizmie kumulują się zmiany, które mogą prowadzić do poważnych nieprawidłowości. Zły sen powoduje problemy psychiczne, co z kolei prowadzi do innych chorób. Szkoda wynikająca z tego efektu w tym przypadku nie budzi wątpliwości.

Lekarze zalecają zwracanie szczególnej uwagi nie tylko na materiał stale noszonych ubrań, ale także na wybór pościeli domowej, na której gromadzi się niebezpieczny ładunek.

Korzyści z elektryczności statycznej

Kiedyś wielu naukowców i wynalazców próbowało znaleźć sposoby na zarządzanie ładunkiem elektrostatycznym z korzyścią dla ludzi. Opracowali nieporęczne i bardzo kosztowne jednostki, z których zwrot był z reguły bardzo niski. Jedynym przełomem w tej dziedzinie jest odkrycie przez naukowców tzw. „wyładowania koronowego”.

Unikalne możliwości tego zjawiska wykorzystywane są nie tylko w produkcji, ale także w zwykłych warunkach domowych. Dzięki rozwojowi nowoczesnych metod sterowania zjawiskami elektrostatycznymi znajdują szerokie zastosowanie w następujących procesach technologicznych:

• malowanie podstaw ram, a także powierzchni konstrukcji metalowych i innych prefabrykatów;
• oczyszczanie gazów z zanieczyszczeń w górnictwie;
• zastosowanie w wielu dziedzinach związanych z przetwarzaniem materiałów (nowoczesna nanotechnologia).

Wyładowanie wieńcowe znalazło również szerokie zastosowanie w medycynie, gdzie wykorzystuje się je do ograniczonej ekspozycji na wyładowania elektrostatyczne na chorych narządach ludzkich. Ponadto w oparciu o ten efekt opracowano wiele urządzeń, które potrafią jonizować powietrze nie tylko w pomieszczeniach przemysłowych i warsztatach fabrycznych, ale także w typowym mieszkaniu miejskim. Jednym z tych użytecznych wynalazków jest filtr elektrostatyczny przeznaczony do usuwania aerozoli i cząstek mechanicznych z otaczającego powietrza. Dzięki jego zastosowaniu można pozbyć się sadzy, sadzy i dymu, a także drobnych cząsteczek kurzu, które w nadmiarze gromadzą się w każdym nowoczesnym domu.

Jak usunąć elektryczność statyczną z osoby i otaczających ją przedmiotów?

Ponieważ szkodliwość elektryczności statycznej dla dorosłych i dzieci została udowodniona przez czas, naukowcy od dawna szukali sposobów ochrony przed tym niebezpiecznym zjawiskiem. Szczególnie ważna jest kwestia ochrony małych dzieci przed statyką, które są bardziej wrażliwe na jej przejawy. Dla wszystkich kategorii użytkowników opracowano kilka różnych podejść do usuwania elektryczności statycznej, która z czasem gromadzi się na powierzchni dowolnego obiektu.

Najprostszym sposobem na pozbycie się ładunków elektrostatycznych na sprzęcie domowym (na przykład na komputerze osobistym lub pralce) jest uziemienie ich poprzez podłączenie obudowy do specjalnej szyny uziemiającej.

Najprostszą metodą usuwania ładunku z każdego urządzenia do noszenia jest okresowe spryskiwanie go wodą ze spryskiwacza, co stanowi dobre podłoże.

Aby zapobiec gromadzeniu się niebezpiecznego ładunku na karoserii samochodu, do tylnego zderzaka przymocowany jest specjalny pasek przewodzącej gumy (pasek). Ponadto podczas długich podróży pojazdami prywatnymi należy zbadać kwestię niedopuszczalności kumulacji opłat ze względu na zmianę położenia ciała w stosunku do siedzenia. W wyniku tarcia powstającego w osłonach czasami gromadzi się ich wystarczająca ilość, co często prowadzi do namacalnego i nieprzyjemnego wyładowania elektrycznego. Dlatego należy okresowo nawilżać siedzenia, spryskując je specjalną kompaktową butelką z rozpylaczem.

Środki i środki ochrony osobistej

Ochrona elektrostatyczna jest niezbędnym środkiem, bez którego praktycznie nie można obejść się we współczesnym życiu. W tym celu opracowano szereg skutecznych i wydajnych metod, dzięki którym możliwe jest zmniejszenie niebezpieczeństwa efektów statycznych. Przede wszystkim to właściwy dobór odzieży do noszenia na co dzień, która wykonana jest na bazie naturalnych tkanin takich jak bawełna, len i podobne włókna pochodzenia niesyntetycznego. Jeśli nie jest to możliwe, będziesz musiał użyć nowoczesnych środków usuwania elektrostatyki, opracowanych specjalnie do tych celów.

Najłatwiejszym sposobem ochrony przed zjawiskami elektrycznymi podczas noszenia odzieży jest zastosowanie środka antystatycznego, który usuwa ładunek z powierzchni tkaniny.

Szeroko rozpowszechniły się specjalne proszki do prania, które zawierają specjalne dodatki neutralizujące efekt efektu elektrostatycznego.

Pozbycie się elektryczności statycznej pomoże w kompetentnym podejściu do wyboru butów do noszenia na co dzień, co jest nie mniej ważne niż wybór odpowiedniego materiału na ubrania.Aby wyjaśnić osobliwości ochrony osoby od strony nóg, należy pamiętać, że na gumowych powierzchniach łatwiej jest gromadzić darmowe ładunki, które zawsze znajdują się w ziemi. Wybór butów do trwałego noszenia ze skórzanymi podeszwami zmniejszy potencjał elektrostatyki z podłoża.

We wszystkich przedsiębiorstwach, których pracownicy zajmują się produkcją precyzyjnych i drogich urządzeń elektrycznych i komponentów dla nich, wydają specjalne buty. Z jego pomocą można chronić nowoczesne mikroprocesory i inne części elektroniczne przed przypadkowym uszkodzeniem przez elektryczność statyczną.

Z praktyki wiadomo, że woda i wilgotne środowisko są przewodnikami ładunków elektrycznych, dzięki czemu zwykle nie gromadzą się one na zwilżonych powierzchniach. Zabieg ten przeprowadza się poprzez nałożenie specjalnych roztworów i balsamów na skórę dłoni i ciała. Najlepiej zrobić to tuż przed ubieraniem się, a następnie nawilżać odsłonięte części ciała przez cały dzień pracy. W przypadku nagromadzenia się dużej ilości ładunku na odzieży noszonej w domu, zaleca się jej krótkotrwałe namoczenie, a następnie dokładne wysuszenie na zewnątrz.

Elektryczność statyczna sama w sobie jest naturalną manifestacją, która jest niebezpieczna dla ludzi i może prowadzić do szeregu niepożądanych konsekwencji, a nawet poważnej choroby. Dlatego walce z nim poświęca się coraz większą uwagę nie tylko na skalę przemysłową, ale także w warunkach domowych.