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.
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.
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.
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.
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.
Статическое электричество – это совокупность явлений, связанных с возникновением и сохранением свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектриков, полупроводников или изолированных проводников (Стат. Эл. связано с возникновением электростатических полей, т.е. полей неподвижных электрических зарядов).
Воздействие статического электричества на организм человека проявляется:
Либо в виде слабого, длительно протекающего тока;
Либо в форме кратковременного разряда через тело человека;
Вредное воздействие на организм человека оказывает и электрическое поле повышенной напряженности. Оно вызывает функциональные изменения центральной нервной, сердечно-сосудистой и некоторых других систем организма.
Кроме воздействия на человека, статическое электричество может нарушать технологические процессы, создавать помехи в электронных приборах, вызывать взрывы.
В производственных условиях накопление зарядов статического электричества происходит в следующих случаях:
1. При наливе электризующихся жидкостей (бензола, бензина, спирта) в незаземленные резервуары.
2. Во время протекания жидкостей по трубам, изолированным от земли.
3. При выходе из сопел сжиженных или сжатых газов.
4. Во время перевозки жидкостей в незаземленных цистернах и бочках.
5. При фильтрации через пористые перегородки или сетки.
6. При движении пылевоздушных смесей в незаземленных трубах и аппаратах.
7. В процессе перемешивания веществ в смесителях.
8. При механической обработке пластмасс (диэлектриков) на станках и вручную.
9. В ременных передачах во время трения ремней о шкивы.
Защиту от статического электричества осуществляют по двум направлениям:
1. Уменьшение генерации электрических зарядов.
2. Устранение образовавшихся зарядов статического электричества.
Для реализации первого направления необходимо правильно подбирать конструкционные материалы, из которых изготавливается технологическое оборудование. Эти материалы должны быть слабоэлектролизующимися или неэлектролизующимися.
Для реализации второго направления оборудование необходимо заземлять, а также снижать удельное сопротивление перерабатываемых материалов. Снижение удельного сопротивления достигается:
Повышением относительной влажности до 70 %;
Добавлением к обрабатываемым материалам антистатиков;
Введением в состав твердых диэлектриков электропроводящих материалов (графита, углеводородных волокон, алюминиевой пудры).
Основными способами устранения опасности статического электричества являются:
♦ ; надежное заземление оборудования, коммуникаций, сосудов (сопротивление такого заземления должно быть не более 100 Ом).
♦ снижение удельного (объемного) сопротивления материалов повышением влажности или применением антистатических примесей (антистатиков);
♦ ионизация воздуха или среды;
♦ недопущение создания взрывоопасных концентраций, снижение скорости движения жидкости и длины продуктопроводов, использование менее пожаровзрывоопасных веществ.
♦ применение средств индивидуальной защиты (токопроводящей обуви).
К средствам индивидуальной защиты от статического электричества относятся электростатические халаты и специальная (токопроводящая) обувь, часто прошитая медной проволокой, подошва которой выполнена из кожи либо электропроводной резины, хлопчатобумажная одежда, а также антистатические браслеты, перила и поручни.
Добиться снижения количества генерируемых зарядов также можно изменением технологического режима обработки материалов (уменьшение скоростей обработки, скоростей транспортирования и слива диэлектрических жидкостей, уменьшение сил трения).
При заполнении сыпучими веществами или жидкими диэлектриками резервуаров на их входе необходимо применять релаксационные емкости, чаще всего в виде заземленного участка трубопровода увеличенного диаметра, обеспечивающего стекание всего заряда статического электричества на землю.
Образующиеся заряды статического электричества устраняют чаще всего путем заземления электропроводных частей производственного оборудования. Сопротивление такого заземления должно быть не более 100 Ом.
При невозможности устройства заземления практикуется повышение относительной влажности воздуха в помещении.
Можно принять меры к увеличению объемной проводимости диэлектрика, например, в него вносят графит, ацетиленовую сажу, алюминиевую пудру, а в жидкие диэлектрики - специальные добавки.
Для ряда машин и агрегатов нашли применение нейтрализаторы статического электричества (коронного разряда, радиоизотопные, аэродинамические и комбинированные). Во всех типах этих устройств путем ионизации воздуха вблизи элемента конструкции, накапливающего заряд статического электричества, образуются ионы, в том числе со знаком, противоположным знаку заряда, что и вызывает его нейтрализацию.
Воздействие электростатического поля (ЭСП) - статического электричества - на человека связано с протеканием через него слабого тока (несколько микроампер). При этом электротравм никогда не наблюдается. Однако вследствие рефлекторной реакции на ток (резкое отстранение от заряженного тела) возможна механическая травма при ударе о рядом расположенные элементы конструкций, падении с высоты и т. д.
Исследование биологических эффектов показало, что наиболее чувствительны к электростатическому полю ЦНС, сердечно-сосудистая система, анализаторы. Люди, работающие в зоне воздействия ЭСП, жалуются на раздражительность, головную боль, нарушение сна.
Предельно допустимый уровень напряженности ЭСП равен 60 кВ/м в течение 1 ч. При напряженности менее 20 кВ/м время пребывания в ЭСП не регламентируется.
Молниезащита
Атмосферное статическое электричество (гроза). Земля окружена электрическим полем и заряжена отрицательно.
Молния - это особый вид прохождения электрического тока через огромные воздушные промежутки. Источником этого тока является атмосферный заряд, накопленный грозовым облаком.
Скорость молнии достигает 100000 км/с, а сила тока в ней составляет до 200000 А. Температура молнии очень высокая. Ширина разрядного канала молнии достигает 70 см.
Из-за быстрого расширения воздуха, нагревающегося в канале прохождения молнии, слышны раскаты грома.
Различают три типа воздействия тока молнии:
Прямой удар;
Вторичное воздействие заряда молнии;
И занос высоких потенциалов (напряжений) в здания.
При прямом разряде молнии в здание может произойти его механическое или термическое разрушение. При термическом воздействии наблюдается плавление или испарение материалов конструкции.
Вторичное воздействие разряда молнии заключается в наведении в замкнутых токопроводящих контурах (трубопроводах, электропроводках и т.п.), расположенных внутри зданий, электрических токов. Эти токи могут вызвать искрение или нагрев металлических конструкций, что может стать причиной возникновения пожара или взрыва в помещениях, где используются горючие или взрывоопасные вещества.
К этим же последствиям может привести и занос в здание высоких потенциалов (напряжений) по любым металлоконструкциям, подведенным к нему извне, под действием молнии.
Наиболее подвержены поражению высокие объекты (трубы, мачты, ЛЭП). Молния обычно бьет в возвышенные места, отдельно стоящие деревья, технику. Опасно при грозе находиться в воде или вблизи ее, нельзя ставить палатки у самой воды.
Важным вопросом обеспечения безопасности является молниезащита.
Молниезащита - это система защитных устройств и мероприятий, применяемых в промышленных и прочих сооружениях для защиты от разрушений, аварий и пожаров при попадании в них молнии.
Физическая сущность молниезащиты заключается в направлении потока электричества по специальному проводнику - молниеотводу от защищаемого объекта в землю для дальнейшего растекания тока.
Нормативным документом в соответствии с которым определяются мероприятия по защите от молний является «Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений» РД 34.21.122-87.
По степени защиты зданий и сооружений от воздействия атмосферного электричества молниезащита подразделяется на три категории.
Здания и сооружения, отнесенные к I и II категориям молниезащиты, должны быть защищены от прямых ударов молнии, вторичных проявлений молнии и заноса высокого потенциала через наземные (надземные) и подземные металлические коммуникации.
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.
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.
- 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.
Существование человека в конкретной среде связывается с воздействием на него (и на окружающие условия) электромагнитных полей. Какой можно сделать вывод в случае наличия неподвижных зарядов? Значит, речь идет об электростатических полях.
Главная опасность
В данном случае нервная система людей испытывает большую нагрузку. Это обусловлено тем, что электрические поля от избыточного количества зарядов воздействуют на тело, одежду и предметы. Сердечно-сосудистая система организма также реагирует на данные явления.
Основная информация
Что представляет собой статическое электричество? Оно возникает тогда, когда происходит нарушение внутримолекулярного или атомного равновесия. Это обусловлено потерей или приобретением электрона. В норме для атома характерно равновесное состояние. Это объясняется одинаковым числом отрицательных и положительных частиц. Речь идет об электронах и протонах. Первые легко перемещаются от одних атомов к другим. При этом происходит формирование отрицательных и положительных ионов. Таким образом, статическое электричество возникает тогда, когда происходит подобный дисбаланс.
Главные причины появления
Статическое электричество может возникнуть под воздействием ряда факторов, среди которых можно выделить следующие:
Подробнее об опасностях
Электризация различных материалов может представлять угрозу для людей. В связи с этим правила защиты от статического электричества требуется знать каждому. Главная опасность заключается в возможности возникновения искрового разряда. Это относится как к изолированному проводящему объекту, так и к наэлектризованной поверхности.
Возможность возникновения разряда
Это происходит тогда, когда напряженность соответствующего поля над поверхностью проводника или диэлектрика (что обусловлено накоплением зарядов на них) достигло критической величины. Последнюю иногда называют пробивной. Данная величина для воздуха составляет приблизительно 30 кВ/м.
Другие опасности
Из-за искровых разрядов может произойти возгорание горючих смесей. Это случится тогда, когда выделяющаяся энергия будет больше той, которая поспособствовала началу пожара. Также существует общее значение. Эта энергия должна быть выше минимального аналогичного параметра зажигания горючей смеси.
Возможные последствия
Зачем нужно знать основные правила защиты от статического электричества? В некоторых случаях от его воздействия могут возникнуть нежелательные нервные и болевые ощущения. Иногда это приводит к непроизвольному резкому движению человека. В результате он может получить какую-либо механическую травму. В данном случае большую роль играет собственное статическое электричество человека.
Особенности контроля
Существует соответствующий ГОСТ. Статическое электричество действительно может быть крайне опасным. Для снижения рисков установлены допускаемые уровни напряженности соответствующих полей. Все это должно жестко контролироваться на рабочих местах. Также необходимо соблюдать санитарно-гигиенические нормы. Данные требования распространяются на поля, которые возникают из-за электризации определенных материалов, а также во время использования установок. В последнем случае подразумевается высокое напряжение постоянного тока. Их соблюдение - основная защита от статического электричества. ГОСТ определяет допускаемые уровни напряженности на рабочих местах. Также там прописаны общие требования к защитным средствам и осуществлению контроля. Что касается допустимых уровней напряженности электрических полей, то они устанавливаются с учетом времени пребывания сотрудников на рабочих местах.
Выбор подходящих средств
Защита от статического электричества может быть организована различными способами. Прежде всего нужно принимать во внимание следующее:
- Особенности технологических процессов.
- Микроклимат помещений.
- Физико-химические свойства обрабатываемых материалов.
Таким образом, разрабатывается подход к организации мероприятий по безопасности. Снятие статического электричества может быть реализовано несколькими путями:
- Устранением образовавшихся зарядов.
- Уменьшением их интенсивности.
Что касается последнего случая, то ответ на вопрос о том, как снять статическое электричество, заключается в следующем: это достигается благодаря снижению силы и скорости трения, повышению проводимости материалов и различиям в их соответствующих свойствах. Далее следуют практические рекомендации:
Самые действенные методы
Заряды могут образоваться в процессе разбрызгивания, распыления и расплескивания определенных жидкостей. Идеально, когда такие явления будут устранены совсем. Если такой возможности нет, то нужно хотя бы максимально их ограничить. К примеру, при наполнении резервуаров диэлектрическими жидкостями использовать свободно падающую струю нельзя. В этом случае сливной шланг направляется вдоль стенки для того, чтобы избежать брызг. Идеально, если есть возможность опустить его под уровень жидкости. Чем меньше электропроводимость материалов, тем выше интенсивность образования зарядов. Таким образом, желательно повышать ранее указанный параметр имеющихся элементов. Это можно сделать с помощью введения антистатических присосок. Соответственно, для покрытия полов должен использоваться специальный линолеум. Проведение периодической антистатической обработки ковров очень желательно. Это также относится и к синтетическим тканям. Желательно, чтобы соприкасающиеся вещества и предметы были изготовлены из аналогичных материалов. В этом случае контактная электризация также исключена. К примеру, полиэтиленовый порошок должен храниться в бочках из аналогичных материалов. Транспортировать и пересыпать его лучше только с использованием соответствующего трубопровода и шланга. В некоторых случаях осуществить это невозможно. Тогда допустимо применение материалов, которые близки по диэлектрическим свойствам. Итак, можно сделать небольшой вывод о том, что для защиты от статического электричества необходимо применение слабо- или неэлектризующихся материалов. Также нужно стремиться к устранению следующих явлений в работе с диэлетрическими жидкостями:
- Плескания.
- Разбрызгивания.
- Распыления.
- Трения.
Если возможности полного устранения нет, то нужно хотя бы максимально ограничить их.
Дополнительные способы
Влажный воздух обладает достаточной проводимостью для того, чтобы образующиеся заряды могли стекать через него. Таким образом, в соответствующей среде они практически не возникают. Исходя из этого увлажнение воздуха - самый распространенный и наиболее простой способ борьбы со статическим электричеством. Также существуют и другие методы обеспечения безопасности. Речь идет об ионизации воздуха. Она также является распространенным методом борьбы с электрическими зарядами. Дело в том, что ионы способствуют их нейтрализации. Они вырабатываются специальным прибором. Бытовой ионизатор имеет массу преимуществ. Прежде всего, он способствует улучшению аэроионного состава воздушной среды помещения. При этом устраняются электрические заряды, которые возникают на одежде, синтетических покрытиях и коврах. Что касается производства, то там используются мощнейшие ионизаторы. Встречаются различные конструкции. Однако электрические ионизаторы наиболее распространены.
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 .
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 . 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.
