Какая польза от статического электричества
Понятие о статическом электричестве знакомо всем из школьного курса физики. Статическое электричество возникает в процессе появления зарядов на проводниках, поверхностях различных предметов. Появляются они в результате трения, возникающего при соприкосновении предметов.
Что это такое — статическое электричество
Все вещества состоят из атомов. В атоме находится ядро, вокруг которого расположены в одинаковом количестве электроны и протоны. Они способны перемещаться из одного атома в другой. При движении формируются отрицательные и положительные ионы. Их дисбаланс приводит к тому, что возникает статика. Статический заряд протонов и электронов в атоме одинаков, но имеет разную полярность.
Статика появляется в быту. Статический разряд может происходить при низких токах, но высоких напряжениях. Опасности для людей в этом случае нет, но разряд опасен для электроприборов. Во время разряда страдают микропроцессоры, транзисторы и другие элементы схемы.
Причины возникновения статистического электричества
Возникает статика при следующих состояниях:
- контакте или удалении друг от друга двух разных материалов;
- резких перепадах температуры;
- радиации, УФ-излучении, рентгеновских лучах;
- работе бумагорезательной машины и раскроечных станков.
Статика часто возникает во время грозы или перед ней. Грозовые облака при движении по воздуху, насыщенному влагой, образуют статическое электричество. Разряд происходит между облаком и землей, между отдельными облаками. Устройство молниеотводов помогает провести заряд в землю. Грозовые облака создают электрический потенциал на металлических предметах, вызывающих легкие удары при прикосновении к ним. Для человека удар не опасен, но мощная искра способна вызвать возгорание некоторых предметов.
Каждый житель неоднократно слышал треск, который раздается при снятии одежды, удар от прикосновения к автомобилю. Это является следствием появления статики. Электроразряд чувствуется при нарезании бумаги, расчесывании волос, при переливании бензина. Свободные заряды сопровождают человека везде. Использование различных электрических устройств увеличивает их появление. Они возникают при пересыпании и измельчении твердых продуктов, перекачивании или переливании горючих жидкостей, при перевозке их в цистернах, при сматывании бумаги, тканей и пленки.
Заряд появляется в результате электрической индукции. На металлических корпусах автомобилей в сухое время года создаются большие электрические заряды. Экран телевизора или монитор компьютера способен заряжаться от воздействия луча, создаваемого в электронно-лучевой трубке.
Вред и польза от статистического электричества
Статический заряд пытались использовать многие ученые и изобретатели. Создавались громоздкие агрегаты, польза от которых была низкой. Полезным оказалось открытие учеными коронного разряда. Он широко используется в промышленности. С помощью электростатического заряда красят сложные поверхности, очищают газы от примесей. Все это хорошо, но существуют и многочисленные проблемы. Электроудары бывают большой мощности. Они способны иногда поражать человека. Это случается и дома, и на рабочем месте.
Вред статического электричества проявляется в ударах разной мощности при снятии синтетического свитера, при выходе из автомобиля, включении и выключении кухонного комбайна и пылесоса, ноутбука и микроволновой печи. Эти удары могут оказаться вредными.
Возникает статическое электричество, которое сказывается на работе сердечно-сосудистой и нервной систем. От него следует защищаться. Сам человек тоже часто является переносчиком зарядов. При соприкосновении с поверхностями электроприборов происходит их электризация. Если это контрольно-измерительный прибор, дело может окончиться его поломкой.
Ток разряда, принесенного человеком, своим теплом разрушает соединения, разрывает дорожки микросхем, уничтожает пленку полевых транзисторов. В результате схема приходит в негодность. Чаще всего это происходит не сразу, а на любом этапе в процессе работы инструмента.
На предприятиях, обрабатывающих бумагу, пластмассу, текстиль, материалы часто ведут себя неправильно. Они склеиваются друг с другом, прилипают к различным видам оборудования, отталкиваются, собирают много пыли на себя, наматываются неправильно на катушки или бобины. Виной этого является возникновение статического электричества. Два одинаковых по полярности заряда отталкиваются друг от друга. Иные, один из которых заряжен положительно, а другой — отрицательно, притягиваются. Так же ведут себя и заряженные материалы.
На полиграфических предприятиях и в других местах, где используются в работе легковоспламеняющиеся растворители, возможно возникновение пожара. Это происходит в тех случаях, когда на операторе надета обувь с токонепроводящей подошвой, а оборудование не имеет правильного заземления. Способность возгорания зависит от следующих факторов:
- типа разряда;
- мощности разряда;
- источника статического разряда;
- энергии;
- наличия поблизости растворителей или других горючих жидкостей.
Разряды бывают искровыми, кистевыми, скользящими кистевыми. От человека исходит искровой разряд. Кистевой возникает на заостренных частях оборудования. Энергия его настолько мала, что он практически не вызывает угрозы пожара. Кистевой разряд скользящий возникает на листовых синтетических, а также на рулонных материалах с разными зарядами на каждой стороне полотна. Опасность он представляет такую же, как искровой разряд.
Поражающая способность — главный вопрос для специалистов по технике безопасности. Если человек держится за бобину и сам находится в зоне напряжения, его тело тоже зарядится. Для снятия заряда нужно обязательно прикоснуться к заземлению или к заземленному оборудованию. Только тогда заряд уйдет в землю. Но человек при этом получит сильный или слабый электрический удар. В результате происходят рефлекторные движения, которые иногда приводят к травме.
Длительное пребывание в заряженной зоне приводит к раздражительности человека, к снижению аппетита, ухудшению сна.
Пыль из производственного помещения удаляется с помощью вентиляции. Она скапливается в трубах и может воспламениться от статистического искрового разряда.
Как снять статическое электричество с человека
Самое простейшее средство защиты от него — заземление оборудования. В условиях производства используются для этой цели экраны и иные приспособления. В жидких веществах применяются специальные растворители и присадки. Активно используются антистатические растворы. Это вещества с низкой молекулярной массой. Молекулы в антистатике легко перемещаются и вступают в реакцию с влагой, содержащейся в воздухе. За счет этой характеристики с человека снимается статика.
Если обувь оператора на токонепроводящей подошве, он должен обязательно прикоснуться к заземлению. Тогда уход статического тока в землю нельзя будет остановить, но человек получит сильный или слабый удар. Действие статического тока мы чувствуем после ходьбы по коврам и паласам. Удары током получают водители, выходящие из машины. От этой проблемы избавиться легко: достаточно прикоснуться к двери рукой, сидя на месте. Заряд стечет в землю.
Хорошо помогает проведение ионизации. Делается это с помощью антистатической планки. Она имеет много иголок из специальных сплавов. Под действием тока в 4-7кВ воздух вокруг разлагается на ионы. Используются и воздушные ножи. Они представляют собой антистатическую планку, через которую вдувается воздух и очищает поверхность. Заряды статики активно образуются при разбрызгивании жидкостей, обладающих диэлектрическими свойствами. Поэтому для снижения действия электронов нельзя допускать падающей струи.
Желательно использовать антистатический линолеум на полу и чаще проводить уборку с помощью средств бытовой химии. На предприятиях, связанных с обработкой тканей или бумаги, проблему избавления от статики решают смачиванием материалов. Повышение влажности не дает накапливаться вредному электричеству.
Чтобы снять статику, необходимо:
- увлажнять воздух в помещении;
- обрабатывать ковры и паласы антистатиками;
- протирать сиденья в машине и в комнатах антистатическими салфетками;
- чаще увлажнять кожу на себе;
- отказаться от синтетической одежды;
- носить обувь на кожаной подошве;
- предотвращать появление статики на белье после стирки.
Хорошо увлажняют атмосферу комнатные цветы, кипящий чайник, специальные приспособления. Антистатические составы продаются в магазинах бытовой химии. Они распыляются над ковровой поверхностью. Можно изготовить антистатик самостоятельно. Для этого берут смягчитель ткани (1 колпачок), выливают в бутылку. Затем емкость наполняется чистой водой, которую разбрызгивают над поверхностью ковра. Салфетки, смоченные антистатиком, нейтрализуют заряды на обивке сидений.
Увлажнение кожи производится лосьоном после душа. Руки протираются несколько раз в день. Следует поменять одежду на натуральную. Если она заряжается, обработать антистатиками. Рекомендуется носить обувь с кожаной подошвой или ходить по дому босиком. Перед стиркой желательно насыпать на одежду ¼ стакана соды (пищевой). Она снимает разряды электричества и смягчает ткань. При полоскании белья можно добавить в машину уксус (¼ стакана). Сушить белье лучше на свежем воздухе.
Все перечисленные меры помогают нейтрализовать статические проблемы.
Статическое напряжение приносит пользу, а иногда и неприятности. Попробуем разобраться почему. На дружеской вечеринке смешайте в чашке ложку соли и щепотку перца. Попросите друзей разделить смесь на составляющие. После бесполезных попыток продемонстрируйте им небольшой эксперимент. Расчешите волосы пластиковой расческой, а затем дотроньтесь ею до содержимого чашки. Частицы перца сами выскочат из емкости. В основе этого забавного опыта лежит интересное явление статического электричества.
Просто о сложном
Под словом «электричество» ученые подразумевают взаимодействие электрических зарядов. Их движение упорядочено, чтобы люди могли пользоваться разнообразными приборами и механизмами: от чайника до троллейбуса. Статическое электричество не спешит запускать в работу холодильник или мобильный телефон. Оно находится в состоянии релаксации. То есть, свободный заряд сохраняется, пока не возникнут условия для движения. Это довольно просто: представьте пожарного, который ждет сообщения о возгорании жилого дома.
Как открыли статическое электричество
Примерно восемь тысяч лет назад наши предки приручили диких коз и овец. Они заметили, что изделия из шерсти обладают необычной способностью накапливать заряд. Впервые понятие о статическом электричестве пытался сформулировать древнегреческий математик Фалес. Для своих опытов он использовал янтарь. Камень притягивает мелкие легкие частицы, если натереть его шерстяной тканью. Тогда из этого явления не смогли извлечь пользу. Электрон по-гречески янтарь. В честь него гораздо позже назвали элементарную частицу с отрицательным зарядом.
Спустя две тысячи лет придворный врач английской королевы Уильям Гилберт описывает, что такое статическое электричество. В своём научном труде по физике он подчеркивает родственную природу электричества и явления магнетизма. Исследования британца стали началом для подробного изучения темы среди коллег в Европе. Более четкое понятие о статическом электричестве дал опыт Отто фон Герике. Немец собрал первый электростатический механизм. Это был шар из серы на железном стержне. В результате ученый узнал, что предметы под воздействием электричества могут не только притягиваться, но и отталкиваться друг от друга.
Немного науки
Сегодня причины возникновения статического электричества хорошо изучены. Это явление наблюдается на поверхностях некоторых предметов в результате взаимодействия с другими материалами. Сила заряда и его способность сохраняться зависят от их свойств и состава. Самый простой пример взаимодействия тел – трение. Чем интенсивнее и быстрее девушка расчёсывает волосы, тем сильнее образуется заряд. Статическое электричество окружает людей повсюду, но они замечают его не всегда. Электростатические заряды образуются в солнечную погоду при передвижении на автомобиле. Они накапливаются от напряжения, которое возникает между асфальтом и кузовом. Если водитель не использует антистатик, это приведет к искре.
На языке физиков такой процесс называется электролизация. Она возникает при трении двух разных материалов – диэлектриков, которые слабо проводят электрический ток. Если у диэлектриков одинаковые характеристики, то заряд не образуется. Другой вариант как получить статическое электричество – взаимодействие диэлектрика и заизолированного проводника. То есть при условии, что проводник не может поделиться полученной электростатической энергией с другим предметом.
Опасность статического электричества
Большинство явлений статического электричества в повседневной жизни человек просто не замечает. Незначительные неприятности могут возникнуть при использовании одежды из шерсти или синтетики. Величины токов в этом случае очень небольшие и не оставляют травм. На бытовом уровне это вполне безопасно. Сложности появляются, когда речь заходит о промышленном производстве, предприятиях перерабатывающей отрасли или машиностроения. В больших количествах электростатические заряды присутствуют на производстве. Станки, сепараторы, ленты транспортера могут обладать значительным потенциалом.
Если таких факторов много, образуется электрическое поле с высокими показателями напряженности. В этой обстановке находится не только некомфортно, но и опасно для здоровья. Главная причина для беспокойства в условиях опасного производства — пожарная опасность статического напряжения. На поверхности оборудования или одежды может накопиться большой заряд. Речь идет о работе с легковоспламеняющимися жидкостями, горючими газами и взрывоопасными смесями. Искра может стать причиной серьезной аварии.
Защита от статического электричества
Чтобы избежать неблагоприятного воздействия этого явления, разработан государственный стандарт показателя напряженности электростатических полей. Его максимально допустимый уровень 60 кВ/м в час. Они могут изменяться от времени нахождения рабочего в опасном помещении. Измерить уровень заряда статического электричества – задача для профессионала. Ключевым показателем является зависимость сопротивления поля (его способность препятствовать прохождению тока) и его напряженности (отношение силы поля к величине заряда). На этом основывается работа измерительных приборов.
Влияние статического электричества на организм человека может быть губительным и вызывает различные заболевания, в том числе психические. Если говорить о производственной безопасности в целом, основных способов борьбы два:
- Снижение возможности образования электростатических зарядов.
- Устранение накопления электростатических зарядов.
Чтобы уменьшить трение – детали оборудования шлифуют и смазывают. Для изготовления механизмов применяются одинаковые материалы. Избавиться от зарядов можно с помощью заземления станков.
Статическое электричество может сыграть злую шутку при распылении или разбрызгивании жидкостей с низкими показателями проводимости тока. Это чревато их воспламенением.
Проблема решается использование специальной тары и условиями обработки. К индивидуальным средствам защиты от статического напряжения можно отнести несколько наименований:
- Специальная одежда (штаны и куртка).
- Обувь с подошвой, обеспечивающей изоляцию.
- Перчатки.
- Браслеты для снятия диэлектрического напряжения.
Нет худа без добра
Статическое электричество приносит не только вред, но и пользу. С развитием технологий, люди приручили статическое напряжение и научились извлекать из него выгоду. Так явление успешно используется при ламининации пиломатериалов, в бумажной промышленности. Накопленный заряд помогает при изготовлении и нанесении этикеток и при качественной порошковой покраске автомобилей.
Статическое электричество: Польза и Вред.
Проблемы со статическим электричеством возникают во многих отраслях производства , будь то полиграфия, упаковка, деревообработка, фармацевтика, производство пластика, текстиля.
Мы сталкиваемся с ним постоянно в быту и на производстве, но что же это такое?
Пройдемся по основам:
Все вещества состоят из мельчайших частиц – атомов.
А те в свою очередь из протонов (+) и электронов (-).
При сдавливании, трении и последующем разделении материалов одни вещества теряют электроны и становятся положительно заряженными, другие приобретают их и становятся отрицательно заряженными.
Воздух, человеческое тело, стекло, шерсть, бумага – имеют тенденцию к накапливанию положительного заряда. А резина, силикон, полимеры – отрицательного.
Факторы влияющие на величину заряда
Чем больше давление и скорость разделения материалов, тем больше заряд.
Проблемы со статикой обостряются в зимний период при низкой влажности.
Величина заряда
Если заряд не мешает производственному процессу, его определяют как низкий статический заряд. Обычно его значение располагается в диапазоне от 2-5 кВ (по показаниям измерителя статики). Для некоторых производств и 10 кВ не представляет особой проблемы, но это редкость.
Обычно мы руководствуемся следующими показаниями:
0-2 кВ – проблем не возникает
2-5 кВ – возможны некоторые проблемы
5-10 – значительные проблемы
Больше 10 кВ – совсем проблематично
Но это все очень приблизительно, и главным образом зависит от области производства.
Например при производстве микроэлектроники критическими могут быть заряды в сотню вольт.
Измерительные приборы
Сейчас в распоряжении технологов есть компактные измерительные приборы, для определения проблемных мест, связанных со статикой.
Такие приборы позволяют технологу, без помощи приглашенных специалистов, определить проблемные места и эффективно использовать
антистатическое оборудование.
Измеритель статики так же может выступать арбитром в споре с заказчиком, когда производителя обвиняют в том, что поставляемый материал
излишне заряжен. На самом деле проблема может быть на оборудовании потребителя.
Польза и вред от статики
Вред:
Заряженный материал притягивает пыль и другой мусор, что мешает выпуску
качественной продукции. Особенно актуально это перед печатью или покраской. Накопленная статика причиняет неудобство обслуживающему персоналу,
может привести к искровому разряду, что бывает критично для пожаро- и взрывоопасных производств.
Как мы знаем, одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Продукция может слипаться – это будет мешать производственному процессу. Статика может мешать маркираторам, электронным весам.
Но статика может приносить пользу.
Так при ламинации мдф/дсп статику используют для фиксации пленки на заготовке, перед тем как она попадет в пресс. Этим уменьшается процент брака, вызванный тем, что пленка иногда соскальзывает в процессе транспортировки.
Нанесение статического заряда позволяет делать более плотные пачки журналов, стопки паркета, позволяет их транспортировать по конвейеру без обвязки.
С помощью заряжающих электродов достигается более плотное прилегание материала к охлаждающим валам, фиксация кромки рулона для более ровной намотки и т.п.
С помощью статики переносится этикетка в форму термопластавтомата и фиксируется там – так получают вплавляемую этикетку (IML –In Mould Label).
Статика используется при технологии порошковой окраски, смешивании сыпучих веществ.
Средства и методы борьбы со статикой
Иногда для материалов (бумага, натуральные ткани), способных впитывать влагу, проблему со статикой удается решить повышением влажности или смачиванием.
Но основным эффективным средством борьбы со статическим электричеством является – активная ионизация (обдув ионизированным воздухом).
Антистатическая планка представляет собой планку с иголками из специального сплава, на концах которых, под
действием высоковольтных генераторов переменного тока (4-7кВ) молекулы воздуха распадаются на положительные и отрицательные ионы. Заряженный положительно материал отбирает из воздуха отрицательные ионы и становится нейтрально заряженным, и наоборот. Снятие статики возможно на расстоянии до 1000 мм.
Если расстояние до материала колеблется или для обработки трехмерных объектов используют воздушные ножи и ионизирующие компрессоры.
Воздушный нож – это антистатическая планка, совмещенная с
профилем, через который проходит сжатый воздух до 10 бар. Им возможно не только
снять статику, но и сдуть загрязнения. Снятие статики возможно на расстоянии до
1500 мм, очистка поверхности – до 300
мм.
Ионизирующий компрессор – воздушный нагнетатель, совмещенный с
антистатической планкой, для обработки трехмерных объектов или для ионизации на
расстоянии до 2000 мм.
Для придания заряда материалу используются генераторы до 60 кВ и заряжающие
планки и электроды.
SIMCO
С 40-х годов прошлого века, когда синтетические волокна стали
производиться промышленным методом, компания Simco-Ion совершенствует свое
оборудование по контролю статического электричества для достижения оптимального
результата. За это время накопились
решения для самых разных отраслей.
Если у Вас остались вопросы, возникли
проблемы со статическим электричеством, или Вы хотели бы использовать статику
для улучшения производства – обратитесь к нашим специалистам (495) 626-22-80. Будем рады поделиться знаниями и выработаем
совместное решение.