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 zużytej szczotki do włosów lub różdżki ebonitu. Badane zjawisko przedstawiono w tym przykładzie jako przyciąganie heterogenicznie naładowanych pierwiastków, co tłumaczy się oddzieleniem ładunków w wyniku działania tarcia. Jednak w przyrodzie istnieją inne przejawy tego efektu, które wcale nie są niczym eksperyment lub zabawne doświadczenie. Po ich poznaniu łatwiej zrozumieć, czym jest naprężenie statyczne i jak można sobie z tym poradzić w produkcji i warunkach domowych.
Oznaczanie elektryczności statycznej
Z definicji elektryczność statyczna jako efekt jest niebezpiecznym zjawiskiem, które zagraża zdrowiu i praktyce każdej osoby. Aby zrozumieć i zrozumieć jego naturę, należy pamiętać, że wszystkie znane substancje składają się z cząsteczek, a ostatnia z najmniejszych cząstek zwanych atomami. W ich centrum znajduje się jądro z protonami i neutronami, a grupy elektronów wirują wokół niego na różnych orbitach. Całkowity ładunek tych cząstek odpowiada temu samemu wskaźnikowi dla protonów, dlatego atom jako całość jest obojętny.
W niektórych substancjach ujemnie naładowane elektrony są tak odległe od centrum, że przy najmniejszym naruszeniu bilansu energetycznego przemieszczają się ze swoich stałych orbit. Zwykle dzieje się tak w wyniku tarcia, gdy niewielka ilość energii cieplnej jest uwalniana w substancji.
Kiedy elektrony oddalają się od jądra, otrzymuje ładunek dodatni, a znaczna liczba cząstek o przeciwnych ładunkach (jonach) pojawia się w ciele materiału. Są źródłem i główną przyczyną tak zwanej „elektryczności statycznej”.
Przyczyny wystąpienia i manifestacji
Napięcie statyczne występuje z powodu naruszenia ogólnej równowagi elektrycznie naładowanych cząstek obecnych w jakiejkolwiek materii. Powstaje nie tylko zgodnie z wcześniej zaplanowanym scenariuszem: na prośbę nauczyciela lub eksperymentatora. W praktyce najczęściej objawia się to bez udziału i wbrew jego woli.
Prosty przykład: zakładanie odzieży wykonanej z tkanin syntetycznych. Z powodu tarcia o ciało i późniejszego występowania ładunków statycznych materia zaczyna się do niego ściśle dopasowywać i nie pozwala na uzyskanie pożądanego wyglądu. Jedynym możliwym wyjściem w tej sytuacji jest spryskanie go specjalnym środkiem zwanym „środkiem antystatycznym”. Tylko w ten sposób można usunąć nadmiar ładunku z materiału syntetycznego.
Inne charakterystyczne przyczyny powstawania ładunku statycznego to:
- zauważalne zmiany temperatury, które również występują bardzo gwałtownie;
- wysoki poziom promieniowania, prowadzący do wzrostu energii elektronów i pojawienia się heterogenicznie naładowanych cząstek w materiale;
- obecność silnych pól indukcyjnych i magnetycznych.
Dwa pierwsze powody, dla których osoba zaczyna „porażać prądem”, nie wymagają specjalnych wyjaśnień. Natomiast indukcja magnetyczna wydaje się poważnym problemem, szczególnie niedawno.
Przy stałym wzroście liczby urządzeń gospodarstwa domowego, z których wiele ma elementy indukcyjne, wpływ pól elektromagnetycznych na osobę gwałtownie wzrasta.Jednym z tych przejawów jest elektryfikacja atmosfery w wyniku rozdzielenia cząstek powietrza na naładowane elektrony i jony, co jest zasadniczo tym samym przejawem elektryczności statycznej.
Stopniowe gromadzenie się czynników ryzyka związanych z różnorodnymi źródłami obcych pól doprowadziło do odrębnego kierunku w nauce, która bada stopień ich niebezpieczeństwa. Z drugiej strony naukowcy od dawna zastanawiają się nad dobroczynnymi właściwościami elektryfikacji i możliwością wykorzystania tego efektu w służbie człowiekowi.
Wady i zalety manifestacji statyki
Niebezpieczne przejawy elektrostatyki to przede wszystkim ciągłe tarcie ubrań niskiej jakości na ciele ludzkim i gromadzenie się ładunków elektrycznych na skórze. W dziedzinie techniki efekt ten jest szczególnie ostry podczas pracy instalatorów-specjalistów w zakresie lutowania mikroukładów. W takim przypadku grozi awarią drogich układów scalonych lub nawet całych urządzeń zmontowanych na ich podstawie.
Podczas montażu cennych i rzadkich mikroczipów wymogi bezpieczeństwa przewidują specjalne środki ochrony przed tymi nieprzyjemnymi objawami.
W technologiach związanych z lutowaniem niektórych mikroukładów ochrona elektrostatyczna polega na założeniu uziemionej bransoletki na ramieniu, w obecności której niebezpieczeństwo jest eliminowane przez rozładowanie ładunków na ziemię. Takie środki zapobiegawcze dotyczą głównie przestarzałych struktur K-MOS, które są coraz częściej wypierane przez nowoczesne mikroczipy, które mają wbudowaną ochronę przed elektrycznością statyczną.
Niebezpieczeństwo dla ludzi
Niebezpieczne przejawy statyki jako takiej obejmują:
- wyładowania piorunowe wraz z wyładowaniami atmosferycznymi - ich przyczyną jest długotrwałe tarcie prądów powietrznych; ze względu na możliwe konsekwencje, w tym zagrożenie pożarowe, znacznie przewyższają wszelkie inne przejawy;
- wpływ ładunków na osłonę biologiczną (skórę) i pojawienie się na niej silnych podrażnień;
- niebezpieczne i nieprzyjemne wyładowania elektryczności przez ciało ludzkie podczas dotykania metalowych części nieuziemionego sprzętu.
To ostatnie zjawisko nie ma nic wspólnego z krytycznymi skokami prądu spowodowanymi sytuacjami awaryjnymi, gdy niebezpieczne napięcie dostaje się do obudowy urządzenia gospodarstwa domowego.
Wszystkie te pytania dotyczą tylko zewnętrznej strony przejawów elektryczności statycznej, którą można wyeliminować za pomocą technicznych środków ochrony. Bliższe badanie tego procesu ujawnia, że wpływ statyki na somatikę i ciało ludzkie może prowadzić do poważniejszych konsekwencji:
- systematyczne zaburzenia snu;
- zmiany w tonie układu sercowo-naczyniowego;
- zmęczenie;
- występowanie problemów z układem nerwowym;
- niewielkie odchylenia w pracy tkanki mięśniowej.
Chociaż zaburzenia te na początku nie są bardzo zauważalne, z czasem w organizmie gromadzą się zmiany, które mogą prowadzić do poważnych odchyleń. Słaby sen powoduje problemy psychiczne, które z kolei prowadzą do innych chorób. Szkoda wynikająca z tego efektu w tym przypadku nie budzi wątpliwości.
Lekarze zalecają staranną uwagę nie tylko materiału stale noszonego ubrania, ale także wyboru pościeli domowej, na której gromadzi się niebezpieczny ładunek.
Korzyści z elektryczności statystycznej
Wielu naukowców i wynalazców próbowało jednocześnie znaleźć sposoby kontrolowania ładunku statycznego z korzyścią dla ludzi. Opracowali nieporęczne i bardzo drogie jednostki, których zwrot pozostawał z reguły bardzo niski. Jedynym przełomem w tej dziedzinie jest odkrycie przez naukowców tzw. „Wyładowania koronowego”.
Unikalne możliwości tego zjawiska są wykorzystywane nie tylko w produkcji, ale także w zwykłych warunkach życia.Ze względu na rozwój nowoczesnych technik kontroli zjawisk elektrostatycznych są one szeroko stosowane w następujących procesach technologicznych:
- malowanie podstaw ram, a także powierzchni konstrukcji metalowych i innych prefabrykatów;
- oczyszczanie gazu z zanieczyszczeń w górnictwie;
- zastosowanie w wielu obszarach związanych z przetwarzaniem materiałów (nowoczesna nanotechnologia).
Wyładowanie wieńcowe znalazło również szerokie zastosowanie w medycynie, gdzie stosuje się je do ograniczonego działania wyładowań elektrostatycznych na chore narządy. Ponadto na podstawie tego efektu opracowano wiele urządzeń, które mogą jonizować powietrze nie tylko w zakładach produkcyjnych i halach produkcyjnych, ale także w typowym mieszkaniu miejskim. Jednym z tych przydatnych wynalazków jest filtr elektrostatyczny przeznaczony do usuwania aerozolu i cząstek mechanicznych z otaczającego powietrza. Dzięki jego zastosowaniu można pozbyć się sadzy, sadzy i dymu, a także drobnych cząstek pyłu, które gromadzą się w nadmiarze w każdym nowoczesnym domu.
Jak usunąć elektryczność statyczną z osoby i otaczających przedmiotów
Ponieważ szkodliwość elektryczności statycznej dla dorosłych i dzieci została udowodniona przez czas, naukowcy od dawna szukają sposobów ochrony ich przed tym niebezpiecznym zjawiskiem. Szczególne znaczenie ma kwestia ochrony przed statyką małych dzieci, które są bardziej wrażliwe na jej objawy. Dla wszystkich kategorii użytkowników opracowano kilka różnych podejść do usuwania ładunku elektryczności statycznej, która gromadzi się w czasie na powierzchni dowolnego obiektu.
Najłatwiejszym sposobem na pozbycie się ładunków elektrostatycznych nagromadzonych na sprzęcie domowym (na przykład na komputerze osobistym lub pralce) jest uziemienie ich poprzez podłączenie obudowy do specjalnego szyny uziemienia.
Najprostszym sposobem usunięcia ładunku z jakiejkolwiek rzeczy do noszenia jest okresowe spryskiwanie go sprayem z wodą, który jest dobrym podłożem.
Aby zapobiec gromadzeniu się niebezpiecznego ładunku na karoserii samochodu, do tylnego zderzaka przymocowany jest specjalny pasek przewodzącej gumy (pasek). Ponadto w przypadku długich podróży samochodami osobowymi obowiązkowe jest zbadanie kwestii niedopuszczalności kumulacji opłat z powodu zmiany pozycji ciała względem siedzenia. W wyniku tarcia wynikającego z pokryw czasami gromadzi się ich wystarczająca ilość, co często prowadzi do zauważalnego i nieprzyjemnego wyładowania elektrycznego. Dlatego należy okresowo nawilżać siedzenia, spryskując je specjalnym kompaktowym sprayem.
Indywidualne środki ochronne
Ochrona elektrostatyczna jest niezbędnym środkiem, bez którego praktycznie nie można się obejść we współczesnym życiu. W tym celu opracowano szereg skutecznych i wydajnych metod, za pomocą których można zmniejszyć ryzyko efektów statycznych. Przede wszystkim jest to właściwy wybór odzieży do noszenia na co dzień, która jest wykonana na bazie naturalnych tkanin, takich jak bawełna, len i podobne włókna niesyntetyczne. Jeśli nie możesz tego zrobić, będziesz musiał użyć nowoczesnych narzędzi do usuwania elektrostatycznego zaprojektowanych specjalnie do tego celu.
Najłatwiejszym sposobem ochrony przed zjawiskami elektrycznymi podczas noszenia odzieży jest użycie związków antystatycznych, które usuwają ładunek z powierzchni tkaniny.
Powszechnie stosowane są specjalne proszki do prania, które zawierają specjalne dodatki neutralizujące efekt działania elektrostatycznego.
Właściwe podejście do wyboru butów noszonych na co dzień pomoże pozbyć się elektryczności statycznej, co jest nie mniej ważne niż prawidłowy dobór tkaniny na odzież.Aby wyjaśnić osobliwości ludzkiej ochrony przed nogami, należy pamiętać, że łatwiejsze do gromadzenia się na gumowych powierzchniach są bezpłatne ładunki, zawsze obecne w ziemi. Jeśli wybierzesz buty z podeszwami ze skóry do trwałego noszenia, przyczyny powstawania elektrostatyki z ziemi będą mniejsze.
We wszystkich przedsiębiorstwach, których pracownicy zajmują się produkcją precyzyjnych i drogich urządzeń elektrycznych i komponentów do nich, wydawane są specjalne buty. Za jego pomocą można zabezpieczyć nowoczesne mikroczipy i inne elementy elektroniczne przed przypadkowym uszkodzeniem przez elektryczność statyczną.
Z praktyki wiadomo, że woda i wilgotne środowisko są przewodnikiem ładunków elektrycznych, dlatego zwykle nie gromadzą się one na mokrych powierzchniach. Podaną procedurę przeprowadza się poprzez zastosowanie specjalnych roztworów i balsamów na skórze dłoni i ciała. Najlepiej zrobić to bezpośrednio przed ubieraniem, a następnie nawilżyć odsłonięte części ciała przez cały dzień pracy. Podczas gromadzenia dużej liczby ładunków na odzieży noszonej w domu zaleca się jej przemoczenie przez krótki czas, a następnie dokładne wyschnięcie na świeżym powietrzu.
Elektryczność statyczna sama w sobie jest niebezpieczną naturalną manifestacją dla ludzi, która może prowadzić do szeregu niepożądanych konsekwencji, a nawet poważnych chorób. Dlatego na walkę z tym zwraca się większą uwagę nie tylko w skali przemysłowej, ale także w warunkach domowych.
