Что такое статическое электричество простыми словами
Что такое электризация тел и статическое электричество простыми словами: объяснение законов физики
Иногда, гладя кошку, Вы можете увидеть, как высекаете искорки из кошачьей шерсти. Или почувствовать щелчок, если берёте в руки вязаную вещь. Такие моменты случаются из-за статического электричества.
Это же явление научным термином называется электризацией тел. Электричество появляется из-за скопившихся зарядов на различных предметах.
Сегодня подробно расскажем про электризацию, как оно появляется, и где его применяют.
Что такое электризация тел
Можно сказать, что электризация тел — это разделение какого-то количества электрических зарядов, которые впоследствии накаливаются в каких-либо точках или телах.
Скопление и компенсацию их реализуют трением, в результате которого тела соприкасаются между собой и образуют электростатическую индукцию. Индукция может возникать и путём расположения с одним предметом другого, у которого есть электрическое поле.
Обращаем ваше внимание на то, что выделяют положительные и отрицательные разряды. В физике положительные и отрицательные заряды так же называют протонами и электронами.
Электрическое поле образуется между этими зарядами. При этом заряды одного типа притягиваются друг к другу, а заряды разных типов отталкиваются друг от друга.
Взаимодействие встречается у источников энергии, но и не только у них.
Диэлектрические материалы тоже могут накапливать заряд: подтверждение этому часто можно увидеть на уроках физики, когда учителя демонстрируют опыты с эбонитовой и стеклянной палочкой.
Из атомов состоит всё, что есть вокруг нас, при этом с точки зрения электричества они не обладают положительным или отрицательным зарядом. В процессе электризации они получают разряд.
Вернёмся к школьным экспериментам: если палочки из эбонита потереть шерстью, палочка станет заряженной, то есть наэлектризуется.
В процессе трения электроны передаются от шерстяной ткани к палочке. Так, избыточные электроны перешли к палочке, получив свой избыточный заряд. После трения образуется отрицательный заряд.
Как происходит электризация тел
После объяснения о том, что представляет собой явление электризации и статического электричества, расскажем о том, как можно подвергнуть вещь электризации.
В целом, не всегда нужно выполнять все условия, поскольку электризация может происходить и сама собой.
Можно разделить несколько групп появления статического электричества:
Можно рассмотреть вторую группу подробнее. Среди факторов выделяют следующие:
Говоря о видах электризации, именно эти являются основными.
Научные взаимодействия тел
Существуют законы физики, которые тесно связаны с явлением. Среди законов можно выделить следующие:
Вы можете отдельно прочесть обо всех этих законов, если Вас интересуют более подробные объяснения в физике.
Где применяют
Электризация обладает своими плюсами и минусами, что свойственно всем явлениям. Среди положительных моментов можно выделить следующие:
Это не единственные моменты, где применяется явление электризации. Статическое электричество используется для очищения, сортировок, других фильтров. Сегодня это явление применяют даже для ускорения процессов лечения в медицине.
Как мы уже упоминали, есть и свои минусы. Среди отрицательных моментов:
Расскажем о случае, когда печатные платы до покрытия были рабочими, а после покрытия лаком становились бракованными элементами. Здесь тоже видно отрицательное влияние электризации. Чтобы решить проблему в данном случае, нужно заземлить красящий пульт.
Это объяснения явления электризации тел простыми словами. Как видите, сегодня статическое явление неизменный спутник людей в быту и технологических процессах.
Хотя электризация тел обладает своими негативными моментами, она всё же является помощником во многих сторонах жизни и является неотъемлемой её частью.
Статическое электричество и защита от него
В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с проявлениями статического электричества. Это могут быть и вполне безобидные кратковременные разряды, которые похожи на легкое покалывание, и вполне ощутимые, болезненные удары, настигающие нас, когда мы примеряем одежду, просто садимся в машину или беремся за дверную ручку.
При этом явление статического электричества бывает чрезвычайно опасным, так как может вызывать возгорания легковоспламеняемых веществ и сред, вроде бензина или пыли, кроме того выводит из строя чувствительные электронные компоненты, вызывает помехи в работе приборов, да и просто является причиной серьезного дискомфорта для человека.
Чтобы знать, как защитить себя и окружающие предметы от воздействия статического электричества, необходимо понимать суть его происхождения и причины появления.
В этой статье я постараюсь максимально доступно и наглядно, простым языком, без лишних сложных физических терминов, объяснить, что такое статическое электричество, как оно образуется и что является лучшей защитой от него.
Что такое статическое электричество, как оно образуется
Как я уже сказал, статическое электричество может воздействовать на нас в различных местах, в любой момент, даже тогда, когда вы просто пытаетесь открыть дверь, касаясь дверной ручки.
Чтобы понять причину появления статического электричества для начала нужно вспомнить о природе материи.
Как вы знаете вся материя состоит из атомов, которые, в свою очередь, состоят из трех разных видов более мелких частиц:
— отрицательно заряженных электронов
— положительно заряженных протонов
— не имеющих зарядов нейтронов
В большинстве тел, чаще всего, электроны и протоны полностью компенсируют друг друга, их количество в атомах равное, соответственно, эти предметы электронейтральны.
Но так как электроны очень маленькие частицы и их масса незначительна, то даже обычное трение даёт слабо связанным электронам достаточно энергии, чтобы они покинули свои атомы и перешли в атомы на другой поверхности.
Когда это происходит у одного объекта протонов остаётся больше, чем электронов, и он становится положительно заряженным, а объект у которого больше электронов, наоборот, накапливает отрицательный заряд. Такая ситуация называется дисбалансом зарядов или еще разделением зарядов.
Но как вы знаете, природа постоянно стремится к восстановлению равновесия поэтому, когда одно из заряженных тел вступает в контакт с другим, свободные электроны немедленно используют эту возможность попасть туда где они нужнее, где их не хватает – покинув отрицательно заряженный объект, чтобы восстановить баланс.
К счастью это происходит далеко не с каждым объектом, иначе нас бы било током постоянно.
Чаще всего слабо связанными электронами обладают материалы – электрические проводники, самым ярким представителем которых являются металлы. А вот у диэлектриков, изоляторов, материалов, плохо проводящих электрический ток, электроны прочносвязанные, они свободно не переходят к атомам других материалов.
С большей вероятностью накапливание электрического разряда происходит именно при взаимодействии проводника с диэлектриком, при трении одного материала о другой.
Так, например, когда вы просто идёте по ковру, электроны вашего тела, из-за трения ног об ковер, перемещаются на него, так как человеческое тело проводник электрического тока. В то же время материал ковра – шерсть, сопротивляется отделению своих прочносвязанных электронов, являясь диэлектриком.
И хотя в момент, когда вы находитесь на ковре, ваше тело и ковер вместе остаются электрически нейтральными у них уже есть разделение разрядов.
И теперь, когда вы просто дотрагиваетесь до металлической дверной ручки – немедленно ощущаете статический разряд. Всё дело в том, что свободные электроны с металлической ручки перескакивают на вашу руку замещая потерянные вашим телом электроны, которые перескочили на ковер.
Теперь, я думаю, вам понятно, что такое статическое электричество и почему оно образуется. Кстати, его самым ярким проявлением в природе являются молнии.
При определенных условиях в облаках происходит разделение зарядов, после чего этот дисбаланс нейтрализуется, электроны высвобождаются и поглощаются другими телами – домами, землей или даже другим облаком, с образованием гигантской вспышки – молнии.
Защита от статического электричества
И так, зная природу статического электричества, вы сможете эффективно применять и защиту от него, не только дома в быту, но и на производстве.
Есть несколько основных видов мер защиты от статического электричества:
— создание условий для рассеивания свободных электронов
— предупреждение возникновения и накапливания статического электричества
ЗАЗЕМЛЕНИЕ
Основным и самым главным средств защиты от статического электричества является организация заземления токопроводящих, не находящихся под напряжением элементов, будь то корпус стиральной машины, автомобиля или токарного станка. Делается это, чтобы образующиеся свободные электроны, идя по пути наименьшего сопротивления, отводились в землю.
У большей части домашней бытовой техники – холодильников, стиральных машин и т.д. для этого используется третий желто-зеленый заземляющий проводник питающего кабеля, которым он подключается к сети. В остальных же случаях на корпус подводится отдельный провод, также подключаемый к системе заземления.
В случае же с автомобилем, используется токопроводящая полоса или цепь, которая крепиться одним концом к кузову машины, а второй касается земли.
увеличение электропроводимости диэлектрических материалов
Достигается это путем нанесения на диэлектрические предметы токопроводящих покрытий или материалов, например, поверхностной плёнки из токопроводящего материала, тонкой фольги и т.д.
В частности, в быту, можно пользоваться специальными средствами, так называемыми, антистатиками, думаю многие женщины понимают, о чем идёт речь.
Такой спрей-антистатик обычно состоит из токопроводящего полимера, растворённого в смеси деионизированной воды и спирта. После обработки поверхности раствор испаряется, а полимер остается в виде тончайшей токопроводящей плёнки, которая не даёт заряду накапливаться на поверхности предмета.
Подобный эффект также достигается увеличения влажности воздуха до 60-70%, при котором на поверхности диэлектриков появляется тонкая пленка влаги, за счет которой, обеспечивается достаточная поверхностная электропроводность материалов.
ИОНИЗАЦИЯ ВОЗДУХА
Эффективным и доступным средством защиты от статического электричества также является ионизация воздуха.
Для этого используется специальный прибор – ионизатор, который генерирует поток положительно и отрицательно заряженных ионов, распространяемых вентилятором. Они, притягиваются к молекулам противоположной полярности окружающих предметов и нейтрализуют статический заряд на них.
Если же не получается бороться со статическим электричеством вышеперечисленными способами, можно действовать более кардинально. Например, начать пользоваться повседневными предметами их других материалов слабоэлектризующимися или неэлектризующимися вовсе. Заменить чехлы в автомобиле, купить другие тапочки для дома и т.д.
Если же вы знаете другие действенные способы защиты от статического электричества – обязательно пишите о них в комментариях к статье, это будет полезно и интересно многим. Кроме того, как всегда приветствуется здоровая критика, вопросы, предложения, буду рад общению.
Что такое статическое электричество
Кулон – это основная единица статического заряда, определяющая количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника за 1 секунду при силе тока в 1 ампер.
У положительного иона отсутствует один электрон, следовательно, он может легко принимать электрон от отрицательно заряженной частицы. Отрицательный ион в свою очередь может быть либо одиночным электроном, либо атомом/молекулой с большим числом электронов. В обоих случаях существует электрон, способный нейтрализовать положительный заряд.
Как генерируется статическое электричество
Основные причины появления статического электричества:
Поверхностный контакт и разделение материалов, возможно, являются наиболее распространенными причинами возникновения статического электричества на производствах, связанных с обработкой рулонных пленок и листовых пластиков. Статический заряд генерируется в процессе разматывания/наматывания материалов или перемещения друг относительно друга различных слоев материалов.
Этот процесс не вполне понятен, но наиболее правдивое объяснение появления статического электричества в данном случае может быть получено проведением аналогии с плоским конденсатором, в котором механическая энергия при разделении пластин преобразуется в электрическую:
Результирующее напряжение = начальное напряжение х (конечное расстояние между пластинами/начальное расстояние между пластинами).
Когда синтетическая пленка касается подающего/приемного вала, невысокий заряд, перетекающий от материала к валу, провоцирует дисбаланс. По мере того, как материал преодолевает зону контакта с валом, напряжение возрастает точно также как в случае с конденсаторными пластинами в момент их разделения.
Практика показывает, что амплитуда результирующего напряжения ограничена вследствие электрического пробоя, возникающего в промежутке между соседними материалами, поверхностной проводимости и других факторов. На выходе пленки из контактной зоны часто можно слышать слабое потрескивание или наблюдать искрение. Это происходит в момент, когда статический заряд достигает величины, достаточной для пробоя окружающего воздуха.
До контакта с валом синтетическая пленка с точки зрения электричества нейтральна, но в процессе перемещения и контакта с подающими поверхностями поток электронов направляется на пленку и заряжает ее отрицательным зарядом. Если вал металлический и заземленный его положительный заряд быстро стекает.
Большая часть оборудования имеет много валов, поэтому величина заряда и его полярность могут часто меняться. Наилучший способ контроля статического заряда – это его точное определение на участке непосредственно перед проблемной зоной. Если заряд нейтрализован слишком рано, он может восстановиться до того, как пленка достигнет этой проблемной зоны.
Если объект имеет способность накапливать значительный заряд, и если имеет место высокое напряжение, статическое электричество приводит к возникновению таких серьезных проблем, как искрение, электростатическое отталкивание/притягивание или электропоражение персонала.
Статический заряд может быть либо положительным, либо отрицательным. Для разрядников постоянного тока (AC) и пассивных разрядников (щеток) полярность заряда обычно не важна.
Проблемы, связанные со статическим электричеством
Статический разряд в электронике
На эту проблему необходимо обратить внимание, т.к. она часто возникает в процессе обращения с электронными блоками и компонентами, использующимися в современных контрольно-измерительных устройствах.
В электронике основная опасность, связанная со статическим зарядом, исходит от человека, несущего заряд, и пренебрегать этим нельзя. Ток разряда порождает тепло, которое приводит к разрушению соединений, прерыванию контактов и разрыву дорожек микросхем. Высокое напряжение уничтожает также тонкую оксидную пленку на полевых транзисторах и других элементах, имеющих покрытие.
Часто компоненты не полностью выходят из строя, что можно считать еще более опасным, т.к. неисправность проявляется не сразу, а в непредсказуемый момент в процессе эксплуатации устройства.
Общее правило: при работе с чувствительными к статическому электричеству деталями и устройствами необходимо всегда принимать меры для нейтрализации заряда, накопленного на теле человека.
Притягивание/отталкивание происходит в соответствии с законом Кулона, в основе которого лежит принцип противоположности квадрата. В простой форме он выражается следующим образом:
Сила притяжения или отталкивания (в Ньютонах) = Заряд (А) х Заряд (В) / (Расстояние между объектами 2 (в метрах)).
Следовательно, интенсивность проявления этого эффекта напрямую связана с амплитудой статического заряда и расстоянием между притягивающимися или отталкивающимися объектами. Притягивание и отталкивание происходят в направлении силовых линий электрического поля.
Если два заряда имеют одинаковую полярность – они отталкиваются, если противоположную – притягиваются. Если один из объектов заряжен, он будет провоцировать притягивание, создавая зеркальную копию заряда на нейтральных объектах.
Риск возникновения пожара
Риск возникновения пожара не является общей для всех производств проблемой. Но вероятность возгорания очень велика на полиграфических и других предприятиях, где используются легковоспламеняющиеся растворители.
В опасных зонах наиболее распространенными источниками возгорания являются незаземленное оборудование и подвижные проводники. Если на операторе, находящемся в опасной зоне, надета спортивная обувь или туфли на токонепроводящей подошве, существует риск, что его тело будет генерировать заряд, способный спровоцировать возгорание растворителей. Незаземленные проводящие детали машин также представляют опасность. Все, что находится в опасной зоне должно быть хорошо заземлено.
Нижеследующая информация дает краткое пояснение способности статического разряда провоцировать возгорание в легковоспламеняющихся средах. Важно, чтобы неопытные продавцы были заранее осведомлены о видах оборудования, чтобы не допустить ошибки в подборе устройств для применения в таких условиях.
Способность разряда провоцировать возгорание зависит от многих переменных факторов:
Существует три основных типа – искровой, кистевой и скользящий кистевой разряды. Коронный разряд в данном случае во внимание не принимается, т.к. он отличается невысокой энергией и происходит достаточно медленно. Коронный разряд чаще всего неопасен, его следует учитывать только в зонах очень высокой пожаро- и взрывоопасности.
В основном он исходит от умеренно проводящего, электрически изолированного объекта. Это может быть тело человека, деталь машины или инструмент. Предполагается, что вся энергия заряда рассеивается в момент искрения. Если энергия выше МЭВ паров растворителя, может произойти воспламенение.
Энергия искры рассчитывается следующим образом: Е (в Джоулях) = ½ С U2.
Кистевой разряд возникает, когда заостренные части деталей оборудования концентрируют заряд на поверхностях диэлектрических материалов, изоляционные свойства которых приводят к его накоплению. Кистевой разряд отличается более низкой энергией по сравнению с искровым и, соответственно, представляет меньшую опасность в отношении воспламенения.
Скользящий кистевой разряд
Скользящий кистевой разряд происходит на листовых или рулонных синтетических материалах с высоким удельным сопротивлением, имеющих повышенную плотность заряда и разную полярность зарядов с каждой стороны полотна. Такое явление может быть спровоцировано трением или распылением порошкового покрытия. Эффект сравним с разрядкой плоского конденсатора и может представлять такую же опасность, как искровой разряд.
Источник и энергия разряда
Величина и геометрия распределения заряда являются важными факторами. Чем больше объем тела, тем больше энергии оно содержит. Острые углы повышают мощность поля и поддерживают разряды.
Если объект, имеющий энергию, не очень хорошо проводит электрический ток, например, человеческое тело, сопротивление объекта будет ослаблять разряд и понижать опасность. Для человеческого тела существует эмпирическое правило: считать, что любые растворители с внутренней минимальной энергией воспламенения менее 100 мДж могут воспламениться несмотря на то, что энергия, содержащаяся в теле, может быть выше в 2 – 3 раза.
Минимальная энергия воспламенения МЭВ
Минимальная энергия воспламенения растворителей и их концентрация в опасной зоне являются очень важными факторами. Если минимальная энергия воспламенения ниже энергии разряда, возникает риск возгорания.
Вопросу риска статического удара в условиях промышленного предприятия уделяется все больше внимания. Это связано с существенным повышением требований к гигиене и безопасности труда.
Электропоражение, спровоцированное статическим электричеством, в принципе не представляет особой опасности. Оно просто неприятно и часто вызывает резкую реакцию.
Существуют две общие причины статического удара:
Если человек находится в электрическом поле и держится за заряженный объект, например, за намоточную бобину для пленки, возможно, что его тело зарядится.
Заряд остается в теле оператора, если он находится в обуви на изолирующей подошве, до того момента, пока он не дотронется до заземленного оборудования. Заряд стекает на землю и поражает человека. Такое происходит и в случае, когда оператор дотрагивается до заряженных объектов или материалов – из-за изолирующей обуви заряд накапливается в теле. Когда оператор трогает металлические детали оборудования, заряд может стечь и спровоцировать электроудар.
При перемещении людей по синтетическим ковровым покрытиям порождается статический заряд при контакте между ковром и обувью. Электроудары, которые получают водители, покидая свою машину, провоцируются зарядом, возникшим между сиденьем и их одеждой в момент подъема. Решение этой проблемы – дотронуться до металлической детали автомобиля, например, до рамы дверного проема, до момента подъема с сиденья. Это позволяет заряду безопасно стекать на землю через кузов автомобиля и его шины.
Электропоражение, спровоцированное оборудованием
Такой электроудар возможен, хотя происходит значительно реже, чем поражение, спровоцированное материалом.
Если намоточная бобина имеет значительный заряд, случается, что пальцы оператора концентрируют заряд до такой степени, что он достигает точки пробоя и происходит разряд. Помимо этого, если металлический незаземленный объект находится в электрическом поле, он может зарядиться наведенным зарядом. По причине того, что металлический объект является токопроводящим, подвижный заряд разрядится в человека, который дотрагивается до объекта.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: