Статическое электричество что это такое?

Статическое электричество - совокупность различных явлений, связанных с появлением, сохранением и ослаблением свободного электрического заряда в объеме и на поверхности диэлектрических и полупроводниковых материалов или на хорошо изолированных проводниках. Генерация зарядов статического электричества возникает при дроблении и деформации веществ, относительном перемещении двух контактирующих тел, слоев сыпучих материалов и жидкостей при их интенсивном перемешивании, кристаллизации, а также вследствие явления индукции.

Откуда берется статическое электричество? Что с ним можно делать и как использовать в науке и технике? Ответы на эти и многие другие подобные вопросы и интересные опыты смотри в видео с канала "Давай, наука!".

В организме человека наиболее чувствительны к воздействию электростатическх полей являются нервная и сердечно-сосудистая системы. Это требует обязательного гигиенического нормирования предельной интенсивности воздействия электростатического поля на биологический организм. Электростатическое поле (смотри тему: Электрическое поле, его действие и напряженность) характеризуется такой важной величиной как напряженность. Она является отношением силы, действующей в поле на точечный заряд, к его величине. Единицей измерения напряженности является вольт на метр. Допустимый уровень напряженности электростатических полей на человеческий организм составляет 60 кВ/м. в случае, если эта велечина превышает это значение, необходимо использовать специальные средства защиты.

Причины появления статического электричества

Жизнедеятельность человека в любой среде связано с воздействием на него электромагнитных полей. В случае неподвижных электрических зарядов мы сталкиваемся с электростатическими полями. Наряду с естественными полями в условиях техносферы на человека оказывают влияние искусственные статические поля. От избыточных зарядов на одежде, предметах и теле человека страдает в первую очередь нервная система, также чувствительна к таким полям и сердечно-сосудистая система.

И так попытаемся понять причины возникновения статического электричества. Электростатические заряды возникают на поверхностях некоторых веществ, причем как на твердых так и на жидких, в результате сложного физического процесса контактной электролизации.

Электролизация образуется при трении двух диэлектрических веществ. При последующем их разделении начинает идти разделение электрических зарядов, причем материал, обладающий большей диэлектрическую проницаемость, заряжается положительно, а другой имеющий меньшую диэлектрическую проницаемость имеет отрицательный заряд. Чем сильнее отличие диэлектрические свойства веществ друг от друга, тем интенсивнее идет разделение и накопление зарядов. На соприкасающихся веществах с равными диэлектрическими свойствами зарядов не появляется.

Интенсивность генерации зарядов задется различием электрических свойств материалов и веществ, а также скоростью и силой трения. Чем они больш, тем интенсивнее идет генерация электрических зарядов.

Например, электростатические заряды образующиеся на кузове автомобиля, если резина колес имеет отличные изолирующие свойства в сухую погоду . В результате между кузовом и землей генерируется электрическое напряжение, которое может достигать уровня до 10 кВ и привести к появлению искры при выходе человека из транспортного средства - разряд через тело на землю.

Электрические заряды могут появится при пересыпании, измельчении и пневмотранспортировке различных твердых материалов, при перекачивании, переливании по трубопроводам и перевозке в цистернах различных диэлектрических жидкостей (например керосина, бензина), при механической обработке диэлектрических материалов ( оргстекла, эбонита), при сматывании бумаги, тканей, пленки . При буксовывании резиновой ленты транспортера относительно роликов или ремня передачи относительно шкива могут образововаться электрические заряды с напряжением уровнем до 45 кВ.

Кроме трения, причиной появления статических зарядов может быть и электрическая индукция, в результате которой изолированные от земли вещества во внешнем электрическом поле приобретают свой электрический заряд.. Например, на металлических объектах изолированных от земли, в сухую погоду под действием электрического поля высоковольтных линий или грозовых облаков могут генерироваться значительные по уровню электрические заряды. На экранах старых кинескопных телевизоров положительные заряды могли накапливаться под действием электронного пучка, создаваемого кинескопом.

Вредные и опасные факторы статического электричества

При прикосновении тела человека к предмету, обладающему электрическим зарядом, начинается разряд последнего через человечиский организм. Величины разрядных токов в принципе не очень небольшие и кратковременные. Поэтому электротравм не происходит. Однако разряд, может спровоцировать резкое рефлекторное движение, что в некоторых жизненных ситуациях может быть опасно.

Кроме того, при генерации заряда с немалым уровнем напряжения вокруг него появляется электрическое поле высокой напряженности, которое вредно для человека и животных. При длительном пребывании в таком поле возникают функциональные изменения в ЦНС и сердечно-сосудистой системе.

Люди, работающих в зоне воздействия такого поля, жалуются: на нарушение сна, раздражительность, головную боль, снижение аппетита и т.п. У некоторых индивидумов появляются "фобии", страха ожидаемого разряда. Опасность электростатических зарядов состоит прежде всего в том, что искровой разряд обладает энергией, достаточной для воспламенения горючей смеси. Искра, образующаяся при разряде, является довольно частой причиной взрывов и пожаров.

При перевозке в цистернах и емкостях легковоспламеняющихся жидкостей, при их перекачке, сливе или за счет плескания жидкости постепенно накапливаются электростатические заряды, и может появиться искра, которая воспламенит жидкость. Максимальный уровень опасности статическое электричество представляет на транспорте и на производстве, особенно при наличии взрывоопасных смесей, паров и пылей легковоспламеняющихся веществ. В быту (например, при хождении по ковру) накапливаются слабыезаряды, и энергии возникших искровых разрядов не хватит для инициирования пожара в домашних условиях.

Защита от статического электричества

Допустимые уровни напряженности электростатических полей задаются в соответствии с ГОСТом 12.1.045-84. "Электростатические поля. Максимально разрешенный уровень напряженности электростатических полей равен 60 кВ/м в 1 ч. Использование защитных средств работающих обязательно в тех случаях, когда уровни напряженности превышают 60 кВ/м.

При выборе защитных средств должны учитываться все основные особенности технологических процессов и химические свойства обрабатываемого вещества, влажность и температура помещений и т.п, что задает индивидуальный подход при разработке комплекса защитных мероприятий.

Защита от статического электричества осуществляется двумя основными методами:

снижением интенсивности образования электрических зарядов
устранением образовавшихся статических зарядов

Снижении интенсивности образования зарядов происходит за счет уменьшения силы трения и скорости, различия в диэлектрических свойствах веществ и повышения их электропроводимости. Снижение силы трения можно добиться смазкой, уменьшением шероховатости и площади контакта взаимодействующих поверхностей материалов. Скорости трения снижают с помощью уменьшения скоростей обработки и транспортировки.

Т.к заряды статического электричества генерируются при распылении, плескании и разбрызгивании диэлектрических жидкостей, необходимо эти производственные этапы ликвидировать или, во всяком случае, постараться их максимально снизить.

Так как интенсивность появления зарядов тем выше, чем ниже электропроводность вещества, то лучше использовать материалы с более высокой электропроводностью или повысить ее с помощью введения антистатических присадок. Например, для покрытия полов нужно применять антистатический линолеум и т.д.

Соприкасающиеся предметы лучше всего изготовлять из одинакового материала, т.к в этом случае не будет контактной электролизации. Например, полиэтиленовый порошок лучше всего хранить в полиэтиленовых бочках, а транспортировать по полиэтиленовым трубопроводам. Если сделать это невозможно, то используют материалы, близкие по диэлектрическим свойствам.

Т.е, для защиты от статического электричества необходимо использовать неэлектризующиеся или слабоэлектризующиеся вещества, ограничивать илиустранять трение, распыление, плескание, разбрызгивание диэлектрических жидкостей.

Устранение зарядов статического электричества достигается с помощью заземления корпусов рабочего оборудования. Причем его можно объединять с защитным заземлением электрооборудования.

Для снятия статики с корпуса автомобиля используют электропроводную полоску - "антистатик", прикрепленную к днищу транспортного средства. Если при выходе из авто вы увидили, что кузов "искрит", разрядите его, прикоснувшись к нему металлическим предметом, если собираетесь заправить машину.

Воздушные транспорты оснащают специальными металлическими тросиками, закрепленными на фюзеляже и шасси, что позволяет при посадке снимать статические заряды, образовавшиеся за время полета.

Влажный воздух имеет нужную электропроводность, чтобы генерирующиеся статические заряды успевали стекать через него. Поэтому во влажной среде электростатических зарядов практически не бывает, и увлажнение воздушной среды является самым простым методов борьбы со статическим электричеством.

Еще один распространенный способ устранения статических зарядов - ионизация воздуха. Образующиеся при рэтом ионы нейтрализуют заряды статического электричества. Т.е, бытовые ионизаторы не только улучшают аэроионный состав воздуха, но и устраняют статику в сухой воздушной среде и на ковровых покрытиях, одежде. На производстве применяют мощные ионизаторы.

В роли индивидуальных средств защиты от статического электричества можно использовать антистатическую обувь и халаты, заземляющие браслеты и другие средства, обеспечивающие электростатическое заземление тела.