Буквально каждый из нас с вами сталкивается со статическим электричеством по нескольку раз на день. Так, например, снимая (одевая) свитер из синтетики мы с вами можем услышать легкое потрескивание, а в темноте даже увидим маленькие искорки статического разряда. В этой статье я расскажу что такое статическое электричество и каким образом с ним можно бороться.
Что такое статическое электричество
Примечание. В приведенном материале будет рассмотрена общепризнанная теория, объясняющая образование статического электричества.
Условием зарождения статического заряда считается нарушение атомарного (или молекулярного) баланса по причине потери или наоборот, приобретения электрона. Нормальное состояние атома - это равновесие, когда количество положительно заряженных частиц (протонов) соответствует общему числу отрицательно заряженных частиц (электронов).
Но электроны, находящиеся на внешних орбитах атома, могут достаточно просто покинуть данные орбиты. В результате этого формируются положительные и отрицательные ионы. Этот феномен и является условием появления статического электричества.
Как известно, электрический заряд электрона равен (-) 1,6*10^-19 Кулон. При этом протон имеет аналогичный заряд, только с положительным знаком. При этом статический заряд имеет прямую зависимость от переизбытка или недостатка электронов, т.е. общему количеству нестабильных ионов.
Кулон, является главной единицей статического заряда, который указывает количество энергии, прошедшее через поперечное сечение проводника за 1 секунду при величине тока в 1 Ампер.
Каким образом генерируется статическое электричество
Основные факторы, приводящие к образованию статического электричества заключены в следующем:
1. Контакт и последующее разделение двух материалов друг от друга (процесс намотки, размотки полиэтиленового полотна с катушки).
2. Резкое изменение температуры (помещение изделия в разогретую печь).
3. Наличие высокого радиационного фона с повышенными энергиями, ультрафиолетовое излучение, рентгеновской излучение.
4. Операции по разрезке материала (например, работа раскроечного станка или аппарата по разрезке бумаг).
5. Наведение.
Наиболее часто статический заряд на производстве формируется в цехах, где выполняется обработка рулонных пленок и листового пластика.
И по сей день этот феномен не получил научного толкования, но наиболее близкое толкование образования статического заряда возможно получить проведя параллели с плоским конденсатором, в оном механическая сила и при отделении пластин трансформируется в электрическую. При этом величина результирующего напряжения вычисляется следующим образом:
Ur = Un* (L1/L2)
где: Un - изначальное напряжение
L1 - конечное расстояние между пластинами
L2 - начальное расстояние между пластинами.
То есть, когда пластик непосредственно контактирует с валом, то незначительный заряд, "кочующий" от материала к валу создает дисбаланс. Как только пластик начинает покидать область контакта с валом, начинает расти результирующее напряжение, пока не достигается напряжение пробоя, образующееся между соседствующими материалами.
Результатом этого может быть потрескивание и даже небольшое искрение.
По этой причине все валы транспортировочных лент заземляются, а при проектировании линии просчитываются все проблемные зоны и методы ликвидации статического заряда.
Какие проблемы несет статический заряд
В первую очередь статический заряд крайне опасен для электроники, так как такой заряд способен повредить контакты, соединительные дорожки или стать причиной выхода из строя других чувствительных элементов.
В данном случае носителем статического заряда может выступать сам человек, поэтому следует следовать такому правилу: прежде чем приступить к работе с таким оборудованием нужно снять заряд с тела человека, для этого достаточно прикоснуться к любой металлической конструкции имеющей заземление.
Следующим негативным фактором, который вызывает статическое электричество, является электростатическое притяжение либо отталкивание. Этот эффект так же наиболее ярко проявляется на производстве пластмасс, бумаги, текстиля и т.д.
Данный эффект подчиняется законам Кулона. Причем если элементы оказались заряжены одноименными зарядами, то они отталкиваются, если разноименными зарядами, то притягиваются. Если при этом только один элемент обладает зарядом, то он будет провоцировать притяжение путем образования зеркального заряда на до этого нейтрально заряженных объектах.
Существующие типы статического разряда
Существуют три основных типа разряда:
1. Искровой. Данный разряд может быть инициирован от умеренно проводящего электрически изолированного объекта. Например, сам человек - изолированная часть механизма или же сам электроинструмент. Есть предположение, что вся энергия заряда нивелируется во время образования искры.
2. Кистевой. Данный заряд формируется когда острые детали техники накапливают заряд на своих диэлектрических поверхностях. Данный заряд характеризуется меньшей энергией, если сравнивать его с искровым и считается менее опасным.
3. Кистевой скользящий. Такой заряд формируется при трении листового или рулонного синтетического материала с достаточно большим удельным сопротивлением. Данный тип статического разряда так же является крайне опасным, так как его эффект разрядки сравним с разрядкой плоского конденсатора.
Заключение
Статическое электричество - это еще крайне слабо изученное явление, но мы вынуждены с ним сталкиваться буквально каждый день, поэтому знать в общих чертах необходимо. В следующих материалах я рассмотрю бытовую составляющую этого любопытного явления. Если вам статья понравилась, оцените ее. Спасибо за ваше внимание!
