Статическое электричество почему. Статическое электричество и защита от него. Дополнительные меры предосторожности
Понятие о природном явлении под названием «статическое электричество» известно большинству людей еще из школьного курса физики. В нем описывается опыт, когда к потертой о волосы расческе или палочке из эбонита начинают прилипать мелко нарезанные кусочки бумаги. Исследуемое явление представлено в этом примере как притяжение разнородно заряженных элементов, что объясняется разделением зарядов за счет проделанной работы трения. Однако в природе встречаются и другие проявления этого эффекта, совсем не похожие на эксперимент или развлекательный опыт. Ознакомившись с ними, проще понять, что такое статическое напряжение и как с ним удается бороться на производстве и в бытовых условиях.
Определение статического электричества
Согласно определению, статическое электричество как эффект – опасное явление, угрожающее здоровью и практической деятельности любого человека. Чтобы осмыслить и понять его природу, следует вспомнить, что все известные вещества состоят из молекул, а последние из мельчайших частичек, называемых атомами. В их центре находится ядро с протонами и нейтронами, а вокруг него по различным орбитам вращаются группы электронов. Суммарный заряд этих частиц соответствует тому же показателю для протонов, поэтому атом в целом нейтрален.
У некоторых веществ отрицательно заряженные электроны настолько удалены от центра, что при малейшем нарушении энергетического баланса они смещаются со своих постоянных орбит. Это, как правило, происходит в результате трения, когда в веществе выделяется небольшое количество тепловой энергии.
При удалении электронов от ядра оно приобретает положительный заряд, а в теле материала появляется значительное количество частиц с противоположными зарядами (ионов). Они являются источником и основной причиной так называемого «статического электричества».
Причины возникновения и проявления
Статическое напряжение возникает из-за нарушения общего баланса электрически заряженных частичек, имеющихся в любой материи. Формируется оно не только по заранее спланированному сценарию: по желанию учителя или экспериментатора. На практике оно чаще всего проявляется без участия и вопреки его воле.
Простой пример: надевание одежды, изготовленной на основе синтетических тканей. Из-за трения о тело и последующего за этим возникновения статических зарядов материя начинает плотно облегать его и не позволяет придать наряду желанный вид. Единственно возможный выход в этой ситуации – обрызгать его специальным средством, называемым «антистатиком». Только таким способом удается снять излишки заряда с синтетического материала.
Другими характерными причинами образования статического заряда являются:
- ощутимые перепады температур, происходящие к тому же очень резко;
- высокий уровень радиации, приводящий к повышению энергии электронов и появлению в материале разнородно заряженных частиц;
- наличие сильных индукционных и магнитных полей.
Первые две причины, из-за которых человека начинает «бить током», не нуждаются в особых пояснениях. В отличие от них, магнитная индукция представляется серьезной проблемой, особенно в последнее время.
С постоянным ростом количества бытовых приборов, во многих из которых имеются индуктивные элементы, влияние электромагнитных полей на человека резко возрастает. Одно из таких проявлений – электризация атмосферы из-за разделения частиц воздуха на заряженные электроны и ионы, что является по сути тем же проявлением статического электричества.
Постепенное накапливание факторов риска, связанных с самыми различными источниками посторонних полей, привели к отдельному направлению в науке, занимающимся исследованием степени их опасности. С другой стороны, ученые с давних пор задумывались о полезных свойствах электризации и возможности поставить этот эффект на службу человеку.
Минусы и плюсы проявления статики
К опасным проявлениям электростатики в первую очередь относят постоянное трение некачественной одежды о тело человека и накапливание на коже электрических зарядов. В технической области этот эффект особо остро проявляется при работе монтажников-специалистов по пайке микросхем. В данном случае он угрожает выходом из строя дорогостоящих чипов или даже целых устройств, собираемых на их основе.
При сборке ценных и редких микрочипов требованиями безопасности предусмотрены специальные меры защиты от этих неприятных проявлений.
В технологиях, связанных с пайкой некоторых микросхем, электростатическая защита предполагает одевание на руку заземленного браслета, при наличии которого опасность устраняется за счет стекания зарядов на землю. Такие предупредительные меры касаются в основном устаревших К-МОП структур, все чаще вытесняемых современными микрочипами, имеющими встроенную защиту от статического электричества.
Опасность для человека
Грозовые разряды относятся к опасным проявлениям статического электричества
К опасным для человека проявлениям статики как таковой относят:
- грозовые разряды, сопровождающиеся молнией – их причиной является длительное трение воздушных потоков; по возможным последствиям, включая пожарную опасность, они намного превосходят все остальные проявления;
- воздействие зарядов на биологический покров (кожу) и появление сильных раздражений на ней;
- опасные и неприятные разряды электричества через тело человека при прикосновении к металлическим частям незаземленного оборудования.
Последнее явление не имеет никакого отношения к критическим ударам тока, вызванным аварийными ситуациями, когда опасное напряжение попадает на корпус бытового прибора.
Все эти вопросы касаются лишь внешней стороны проявлений статического электричества, избавиться от которых удается с помощью технических средств защиты. При более внимательном изучении этого процесса выясняется, что воздействие статики на соматику и организм человека способны привести к более серьезным последствиям:
- систематические нарушения сна;
- изменения тонуса сердечно-сосудистой системы;
- сильная утомляемость;
- возникновение проблем с нервной системой;
- небольшие отклонения в работе мышечных тканей.
Хотя эти нарушения поначалу не очень заметны, со временем в организме накапливаются изменения, способные привести к серьезным отклонениям. Следствием плохого сна становятся проблемы с психикой, а та в свою очередь приводит к другим заболеваниям. Вред от этого эффекта в данном случае не вызывает сомнений.
Польза статистического электричества
Отыскать способы управления статическим зарядом с пользой для человека в свое время пытались многие ученые и изобретатели. Ими разрабатывались громоздкие и очень затратные агрегаты, отдача от которых оставалась, как правило, очень низкой. Единственный прорыв в этой области – открытие учеными так называемого «коронного разряда».
Уникальные возможности этого явления используются не только на производстве, но и в обычных бытовых условиях. За счет освоения современных приемов управления электростатическими явлениями они широко применяются в следующих технологических процессах:
- окраска каркасных оснований, а также поверхностей металлоконструкций и других сборных изделий;
- очистка газов от примесей в добывающей промышленности;
- использование во многих сферах, связанных с обработкой материалов (современные нанотехнологии).
Широкое применение нашел коронарный разряд и в медицине, где он используется для ограниченного воздействия электростатическими разрядами на больные органы человека. Кроме того, на основе этого эффекта разработано множество приборов, способных ионизировать воздух не только в производственных помещениях и заводских цехах, но и в типовой городской квартире. Одно из таких полезных изобретений – электростатический фильтр, предназначенный для удаления из окружающего воздуха аэрозольных и механических частиц. Благодаря его применению удается избавиться от копоти, сажи и дыма, а также от мелких частиц пыли, в избытке скапливающихся в любом современном доме.
Как снять статическое электричество с человека и окружающих предметов
Поскольку вредность статического электричества для взрослого и ребенка доказана временем, ученые давно искали способы, позволяющие защитить их от этого опасного явления. Особую важность приобретает вопрос защиты от статики маленьких детей, которые более чувствительны к его проявлениям. Для всех категорий пользователей разработано несколько различных подходов, позволяющих снять заряд статического электричества, накапливающийся со временем на поверхностях любого предмета.
Самый простой способ избавиться от статики, скопившейся на домашнем оборудовании (на персональном компьютере или стиральной машине, например) – заземлить их посредством соединения корпуса со специальной земляной шиной.
Простейший метод снятия заряда с любой носимой вещи – периодическое опрыскивание ее пульверизатором с водой, представляющей собой хорошее заземление.
Чтобы опасный заряд не скапливался на кузове автомобиля, на его заднем бампере крепится специальная полоска из проводящей ток резины (ремешок). Кроме того, при долгих поездках в личном автотранспорте обязательна проработка вопроса недопустимости скапливания зарядов из-за перемены положения тела относительно сидения. В результате возникающего при этом трения о чехлы их накапливается иногда достаточное количество, что нередко приводит к ощутимому и неприятному электрическому разряду. Поэтому следует периодически увлажнять сидения, опрыскивая их специальным компактным пульверизатором.
Меры и средства личной защиты
Электростатическая защита – необходимая мера, без которой в современной жизни обойтись практически невозможно. Для этого разработан целый ряд эффективных и действенных методов, воспользовавшись которыми удается снизить опасность воздействия статики. Прежде всего это правильный выбор одежды для повседневной носки, которая изготавливается на основе натуральных тканей типа хлопка, льна и подобных им волокон несинтетического происхождения. При невозможности сделать это придется воспользоваться современными средствами снятия электростатики, разработанными специально для этих целей.
Самый простой способ защиты от электрических явлений при ношении одежды – использование антистатических составов, снимающих заряд с поверхности тканого материала.
Большое распространение получили особые стиральные порошки, в составе которых имеются специальные добавки, нейтрализующие действие электростатического эффекта.
Избавиться от статического электричества поможет грамотный подход к выбору носимой ежедневно обуви, что не менее важно, чем правильный подбор ткани для одежды. Для объяснения особенностей защиты человека со стороны ног потребуется вспомнить, что свободным зарядам, всегда имеющимся в земле, проще скапливаться на резиновых поверхностях. Если выбрать для постоянной носки обувь с подошвой на основе кожи, причин для образования электростатики со стороны земли станет меньше.
Вы наверняка в школе сталкивались на уроках физики с таким определением как – статическое электричество. Далее мы с вами кратко разберем, о чем именно идет речь в этом определении, а также поделимся знаниями о том, из-за чего оно возникает и как бороться с этим явлением в быту и на производстве. Итак, к вашему вниманию причины возникновения статического электричества и меры борьбы с ним.
Что это такое?
Причины возникновения этого явления природы довольно таки интересные. При неправильном балансе внутри атома или внутри молекулы и в итоге потери (обретения) нового электрона возникает статическое электричество. В норме каждый атом должен находиться в «равновесии» из-за равного количества протонов и нейтронов в нем. Ну а в свою очередь, электроны, перемещаясь от атома к атому, могут формировать отрицательные ионы или положительные ионы. И в случае отсутствия равновесия получается данное природное явление.
Более подробно узнать о том, что собой представляет электростатический заряд и как его использовать с пользой, вы можете узнать в этом видео:
В чем опасность явления?
Самой главной опасностью статического электричества является риск поражения током (о нем мы поговорим ниже), однако существует еще и риск возгорания. Считается, что не для каждого производства грозит риск возгорания, но непосредственно для таких предприятий как полиграф это очень опасно, так как они используют в производстве растворители, которые легко воспламеняются.
- Энергия, тип и мощность статического разряда.
- Необходимость в присутствии среды, которая легко возгорается.
Наглядно опасность данного явления и правила борьбы с ним демонстрируются на видео примере:
Кстати вы должны знать, что негативное влияние статического электричества на организм человека заключается не только в получении травм, но и нарушениях нервной системы!
Причины и источники возникновения
На сегодняшний день мы уверены, что статическое электричество возникает из-за нескольких причин, а именно:
- Из-за наличия какого-либо контакта между поверхностями 2 материалов с последующим отделением их друг от друга (например, трение резинового шарика о шерстяной свитер или на производстве при наматывании материалов).
- Присутствие ультрафиолета, радиационного излучения и т.д.
- При стремительном перепаде температур.
Чаще всего статическое электричество проявляется при первой причине. Данная процедура не полностью ясна, однако это является в наибольшей степени точным объяснением из всех.
Ни для кого не секрет что как на производстве, так и в быту это явление происходит чаще и для контроля над ним следует точно выявить участок проблемной зоны и принять меры для защиты. Интересный факт: это явление может вызвать «искрение» вокруг объекта, который имеет такую способность, как накапливание заряда электричества. И вы спросите, в чем опасность этого? А в том, что при накоплении большого заряда есть возможность поражения рабочего персонала на производстве. На сегодняшний день известно лишь 2 основных причины возникновения удара статическим электричеством.
Первой причиной является наведенный заряд . При условии нахождения человека в электрическом поле и если он держится руками за заряженный предмет, то тело этого человека может зарядиться.
Если на этом человеке будут одеты защитные ботинки с изолирующей подошвой, то заряд электричества будет оставаться в нем. А может ли заряд пропасть? Конечно, причиной этому будет тот момент, когда он дотронется до заземлённого предмета. Именно в этот момент рабочий и получит поражение электрическим током (в момент утечки заряда на землю). Описанный способ получения удара током получается при наличии у него на ногах обуви изолирующей электричество. Ведь при прикосновении к заряженному объекту, из-за обуви заряд остается в теле человека, а когда тот прикасается к объекту, предназначенному для защиты от него (к заземленному оборудованию), заряд стремительно проходит через тело человека и «наносит удар» током. Возникновение данного процесса возможно как в быту, так и на производстве, можно сказать, что никто не защищен от него. При воздействии синтетических ковров и обуви во время передвижения человека появляется заряд статического электричества. Меры борьбы с этим опасным явлением в быту демонстрируются на видео:
Вас когда-нибудь било разрядом электричества при выходе из машины вы до сих пор не знаете, что делать в таком случае? Это возникает при воздействии вашей руки с металлической дверью из-за того что, во время выходы из машины происходит «провокация» заряда между вашей одеждой и сиденьем. К сожалению, как уже говорилось ранее, единственным вариантом, как избавиться от данной дилеммы — это дотронутся до двери машины, чтобы через нее ток по машине «спустился» к земле. Другого более легкого способа, как снять с себя статическое электричество, нет.
Вторая причина поражения статическим электричеством на производстве — возникновение заряда на оборудовании . Данный вид поражения электрическим током случается довольно таки редко в отличие от вышеприведенного примера.
Итак для вашей защиты и для того чтобы вы знали как избавиться от данной неприятности рассмотрим весь этот процесс. Представим, что определенный предмет имеет внушительный заряд статического электричества, бывает, что ваши пальцы накопили заряд в таком количестве что происходит «пробой» и в итоге этого – разряд. Так что вот вам небольшой совет: для вашей защиты на производстве необходимо надевать резиновые перчатки (на всякий случай). Все мы рассмотрели в соответствующей статье!
Меры и средства защиты
В тот момент, когда на производстве стоит вопрос «как снять» опасность возникновения статического электричества и организовать защиту от него многие нефтяники обращаются к постановлению Госгортехнадзора. Известно, что абсолютно всё оборудование, которое заземлено, может считаться защищенным, даже если оборудование имеет окрашенный краской металлический корпус.
Честно говоря, защита оборудования от поражения статическим электричеством нами была уже обговорена ранее. О том, как бороться с этим явление в доме и квартире, доступно рассказывается в видео, предоставленном выше. Важно отметить, что увлажнители воздуха действительно хорошо способствуют снятию электростатического заряда. О том, мы рассказывали в соответствующей статье.
Еще одним примером защиты являются стекатели для автомобилей. Собственно говоря, стекатель это просто «кусок» резины, прикрепленный к машине так, чтобы одной стороной он касался машины а другой земли, этакий «передвижной заземлитель». В целях предосторожности рекомендуется устанавливать стекатели на авто, как показано на фото ниже. Это позволит убрать электростатический заряд, который может нанести вам вред.
Вот и все, что хотелось рассказать вам о том, какие бывают причины возникновения статического электричества и какие методы борьбы с данным явлением существуют на сегодняшний день. Надеемся, информация была для вас полезной и интересной!
Энциклопедичный YouTube
1 / 3
✪ Подробнее об электрическом заряде
✪ Статическое электричество. Электрический скат.
✪ ✅Что если разрядить МИЛЛИОН ВОЛЬТ на ЧЕЛОВЕКА!?!! Откроются ли сверх способности?
Субтитры
Здравствуйте. В этом выпуске канала TranslatorsCafe.com мы поговорим об электрическом заряде. Мы рассмотрим примеры статического электричества и историю его изучения. Мы поговорим о том, как образуется молния. Мы также обсудим использование статического электричества в технике и медицине и завершим наш рассказ описанием принципов измерения электрического заряда и напряжения и приборов, которые для этого используются. Как ни удивительно, но мы сталкиваемся со статическим электричеством ежедневно - когда гладим любимую кошку, расчесываем волосы или натягиваем свитер из синтетики. Так мы сами поневоле становимся генераторами статического электричества. Мы буквально купаемся в нём, ведь мы живем в сильном электростатическом поле Земли. Это поле возникает из-за того, что её окружает ионосфера, верхний слой атмосферы, слой, который является проводящим. Ионосфера образовалась под действием космического излучения, главным образом Солнца, и имеет свой заряд. Занимаясь обыденными делами вроде разогрева пищи, мы совершенно не задумываемся о том, что пользуемся статическим электричеством, повернув кран подачи газа на горелке с автоподжигом или поднеся к ней электрозажигалку. Электрический заряд - это скалярная величина, определяющая способность тела быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Единица измерения заряда в системе СИ - кулон (Кл). 1 кулон представляет собой электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с. 1 кулон эквивалентен приблизительно 6,242×10^18 e (e - заряд протона). Заряд электрона составляет 1,6021892(46) 10^–19 Кл. Такой заряд называется элементарным электрическим зарядом, то есть, минимальным зарядом, которым обладают заряженные элементарные частицы. Мы с детства инстинктивно боимся грома, хотя сам по себе он абсолютно безопасен - это просто акустическое следствие грозного удара молнии, которая вызвана атмосферным статическим электричеством. Моряки времён парусного флота впадали в священный трепет, наблюдая огоньки святого Эльма на своих мачтах, которые тоже являются проявлением атмосферного статического электричества. Люди наделяли верховных богов древних религий неотъемлемым атрибутом в виде молний, будь то греческий Зевс, римский Юпитер, скандинавский Тор или Перун русичей. С тех пор, как люди впервые начали интересоваться электричеством, прошли века, и мы даже порой не подозреваем, что учёные, сделав из изучения статического электричества глубокомысленные выводы, спасают нас от ужасов пожаров и взрывов. Мы укротили электростатику, нацелив в небо пики громоотводов и снабдив бензовозы заземляющими устройствами, позволяющими электростатическим зарядам безопасно уходить в землю. И, тем не менее, статическое электричество продолжает хулиганить, создавая помехи приёму радиосигналов - ведь на Земле одновременно бушует до 2000 гроз, которые ежесекундно генерируют до 50 разрядов молний. Исследованием статического электричества люди занимались с незапамятных времён. Даже термину «электрон» мы обязаны древним грекам, хотя они подразумевали под этим несколько иное - так они называли янтарь, который прекрасно электризовался при трении. К сожалению, наука о статическом электричестве не обошлась без жертв - российский учёный немецкого происхождения Георг Вильгельм Рихман во время проведения эксперимента был убит разрядом молнии, которая является наиболее грозным проявлением атмосферного статического электричества. В первом приближении, механизм образования зарядов грозового облака во многом сходен с механизмом электризации расчёски - в нём точно так же происходит электризация трением. Льдинки, образуясь из мелких капелек воды, охлаждённой из-за переноса восходящими потоками воздуха в верхнюю, более холодную, часть облака, сталкиваются между собой. Более крупные льдинки заряжаются при этом отрицательно, а меньшие - положительно. Из-за разницы в весе происходит перераспределение льдинок в облаке: крупные, более тяжёлые, опускаются в нижнюю часть облака, а более лёгкие льдинки меньшего размера собираются в верхней части грозового облака. Хотя всё облако в целом остаётся нейтральным, нижняя часть облака получает отрицательный заряд, а верхняя - положительный. Подобно наэлектризованной расческе, притягивающей воздушный шарик из-за индуцирования на его ближней к расческе стороне противоположного заряда, грозовое облако индуцирует на поверхности Земли положительный заряд. По мере развития грозового облака, заряды увеличиваются, при этом растёт напряжённость поля между ними, и, когда напряжённость поля превысит критическое значение для данных погодных условий, происходит электрический пробой воздуха - разряд молнии. Человечество обязано Бенджамину Франклину за изобретение громоотвода (точнее было бы назвать его молниеотводом), навсегда избавившего население Земли от пожаров, вызываемых попаданием молний в здания. Кстати, Франклин не стал патентовать своё изобретение, сделав его доступным для всего человечества. Не всегда молнии несли только разрушения - уральские рудознатцы определяли расположение железных и медных руд именно по частоте ударов молний в определённые точки местности. В числе учёных, посвятивших своё время исследованию явлений электростатики, необходимо упомянуть англичанина Майкла Фарадея, впоследствии одного из основателей электродинамики, и голландца Питера ван Мушенбрука, изобретателя прототипа электрического конденсатора - знаменитой лейденской банки. Наблюдая за гонками DTM, IndyCar или Formula 1, мы даже не подозреваем, что механики зазывают пилотов для смены резины на дождевую, опираясь на данные метеорологических РЛС. А эти данные, в свою очередь, основаны именно на электрических характеристиках подступающих грозовых облаков. Электростатическое электричество - наш друг и враг одновременно: его недолюбливают радиоинженеры, натягивая заземляющие браслеты при ремонте сгоревших плат в результате удара поблизости молнии. При этом, как правило, из строя выходят входные каскады оборудования. При неисправном заземляющем оборудовании оно может стать причиной тяжёлых техногенных катастроф с трагическими последствиями - пожаров и взрывов целых заводов. Тем не менее, статическое электричество приходит на помощь людям с острой сердечной недостаточностью, вызванной хаотическими судорожными сокращениями сердца больного. Его нормальная работа восстанавливается пропусканием небольшого электростатического разряда при помощи прибора, называемого дефибриллятором. Такие приборы можно увидеть в местах, где бывает много людей. Сцена возвращения пациента с того света с помощью дефибриллятора является своего рода классикой для кино определённого жанра. При этом следует отметить, что в кино традиционно показывают монитор с отсутствующим сигналом сердцебиения и зловещей прямой линией, хотя на самом деле применение дефибриллятора, как правило, не помогает, если сердце пациента полностью остановилось. Нелишне будет вспомнить о необходимости металлизации самолетов для защиты от статического электричества, то есть, соединения всех металлических частей самолета, включая двигатель, в одну электрически целостную конструкцию. На законцовках всего оперения самолета устанавливают статические разрядники для стекания статического электричества, накапливающегося во время полета вследствие трения воздуха о корпус самолета. Эти меры необходимы для защиты от помех, возникающих при разряде статического электричества, и обеспечения надежной работы бортового электронного оборудования. И самое главное, учёные пришли к выводу, что статическому электричеству, точнее его разрядам в виде молний, мы, вероятно, обязаны появлению жизни на Земле. В ходе экспериментов в середине прошлого века, с пропусканием электрических разрядов через смесь газов, близкую по составу газов к первичному составу атмосферы Земли, была получена одна из аминокислот, которая является «кирпичиком» нашей жизни. Для укрощения электростатики очень важно знать разность потенциалов или электрическое напряжение, для измерения которого придуманы приборы, называемые вольтметрами. Ввел понятие электрического напряжения итальянский учёный 19-го века Алессандро Вольта, по имени которого и названа эта единица. В своё время для измерения электростатического напряжения использовались гальванометры, названные по имени соотечественника Вольта Луиджи Гальвани. К сожалению, эти приборы электродинамического типа, вносили искажения в измерения. К систематическому изучению природы электростатики учёные приступили со времён работ французского учёного 18-го века Шарля Огюстена де Кулона. В частности, он ввёл понятие электрического заряда и открыл закон взаимодействия зарядов. По его имени названа единица измерения количества электричества - кулон. Правда, ради исторической справедливости, надо заметить, что годами ранее этим занимался английский учёный лорд Генри Кавендиш; к сожалению, он писал в стол и его работы были опубликованы наследниками лишь спустя 100 лет. Работы предшественников, посвященные законам электрических взаимодействий, дали возможность физикам Джорджу Грину, Карлу Фридриху Гауссу и Симеону Дени Пуассону создать изящную в математическом отношении теорию, которой мы пользуемся до сих пор. Главным принципом в электростатике является постулат об электроне - элементарной частице, входящей в состав любого атома и легко отделяющегося от него под воздействием внешних сил. Помимо этого, действуют постулаты об отталкивании одноимённых зарядов и притягивании разноимённых. Первым измерительным прибором явился простейший электроскоп, изобретённый Кулоном - два листочка электропроводной фольги, помещённые в стеклянную ёмкость. С тех пор измерительные приборы значительно эволюционировали - и теперь они могут измерять разницу в единицы нанокулон. С помощью особо точных физических приборов, российский учёный Абрам Иоффе и американский физик Роберт Эндрюс Милликен независимо друг от друга и почти в одно и то же время сумели измерить электрический заряд электрона. Ныне, с развитием цифровых технологий, появились сверхчувствительные и высокоточные приборы с уникальными характеристиками, которые из-за высокого входного сопротивления почти не вносят искажений в измерения. Помимо измерения напряжения, такие приборы позволяют измерять и другие важные характеристики электрический цепей, таких, как омическое сопротивление и протекающий ток в широком диапазоне измерений. Самые продвинутые приборы, называемые из-за их многофункциональности мультиметрами, или, на профессиональном жаргоне, тестерами, позволяют измерять также и частоту переменного тока, емкость конденсаторов и осуществлять проверку транзисторов и даже измерять температуру. Как правило, современные приборы имеют встроенную защиту, не позволяющую вывести прибор из строя при неправильном применении. Они компактны, просты в обращении и безопасны в работе - каждый из них проходит через ряд испытаний на точность, проверяется в тяжёлых режимах работы и заслужено получает сертификат безопасности. Спасибо за внимание! Если вам понравилась это видео, пожалуйста, не забудьте подписаться на наш канал!
Происхождение
Электризация диэлектриков трением может возникнуть при соприкосновении двух разнородных веществ из-за различия атомных и молекулярных сил (из-за различия работы выхода электрона из материалов). При этом происходит перераспределение электронов (в жидкостях и газах ещё и ионов) с образованием на соприкасающихся поверхностях электрических слоёв с равными знаками электрических зарядов. Фактически атомы и молекулы одного вещества, обладающие более сильным притяжением, отрывают электроны от другого вещества, создавая вихревое движение ионов среды, в которой они заключены.
Электрические разряды могут образовываться вследствие некоторой электропроводности влажного воздуха. При влажности воздуха более 85 % статическое электричество практически не возникает.
Мир состоит из атомов. Это крошечные частицы, из которых построено наше тело, джинсы на ногах, сиденье в авто под пятой точкой и смартфон с Лайфхакером на экране.
Внутри атомов есть более мелкие элементы: ядро из протонов и нейтронов, а также электроны, которые вращаются вокруг него. Протоны заряжены со знаком плюс, электроны - со знаком минус.
Обычно у атома одинаковое число таких плюсов и минусов, поэтому у него нулевой заряд. Но иногда электроны покидают орбиты и притягиваются к другим атомам. Чаще всего это происходит в результате трения.
Движение электронов от одного атома к другому создаёт энергию, которую называют электричеством. Если направить её через провод или другой проводник, получится . Его работу вы наглядно видите, когда заряжаете смартфон по кабелю.
Со статическим электричеством всё иначе. Оно «ленивое», не течёт и будто отдыхает на поверхности. У предмета появляется положительный заряд, если ему не хватает электронов, и отрицательный, когда они в избытке.
Как проявляется статическое электричество
1. Электрический разряд
Если надеть на ноги чистые сухие носки из шерсти и пошаркать ими по нейлоновому ковру, можно получить электрический разряд.
Во время трения электроны будут перепрыгивать с носков на ковёр и наоборот. В итоге они получат противоположный заряд и захотят уравновесить число электронов.
Если разница в их количестве достаточно большая, вы получите видимую искру, как только снова прикоснётесь носками к ковру.
2. Притягивание предметов
Молнии бьют в высокие здания, деревья и землю и становятся причиной поломок оборудования.
Как избежать появления статического электричества
1. Повышайте влажность
Сухой воздух в помещении - лучший друг статического электричества. Но оно практически не проявляется, если влажность превышает 85%.
Чтобы повысить этот показатель, регулярно проводите влажную уборку и используйте увлажнители воздуха.
Когда включено отопление, на батарею можно положить мокрую ткань, чтобы вода испарялась и делала воздух .
2. Применяйте натуральные материалы
Большинство натуральных материалов сохраняют влагу, синтетические - нет. Поэтому первые меньше вторых подвержены возникновению статического электричества.
Если расчёсывать волосы пластиковой расчёской, они получат статический заряд и начнут разлетаться друг от друга, портя причёску. Этого можно избежать, используя аксессуары из дерева.
Такая же история с обувью на резиновой подошве. Она провоцирует создание статического электричества на теле. Но стельки из натуральных материалов нивелируют его эффект.
Футболки из хлопка, одежда из других натуральных тканей не создают статическое электричество. Искусственный свитер - наоборот.
3. Используйте заземление
С помощью него статическое электричество можно отвести в землю. Это касается не только громоотводов, которые перенаправляют заряд молний, но и работы с электрическим оборудованием.
Когда профессиональный мастер раскрывает ноутбук, чтобы его от пыли, он обязательно использует специальный шнур заземления, закреплённый на руке, - антистатический браслет.
Антистатический браслет / aliexpress.com
Он нужен, чтобы избежать попадания разряда статического электричества от рук на микросхемы. Иначе он повредит их, и через время компьютер может выйти из строя.
Повседневная деятельность любого человека связана с его перемещением в пространстве. При этом он не только ходит пешком, но и ездит на транспорте.
Во время любого движения происходит перераспределение статических зарядов, изменяющих баланс внутреннего равновесия между атомами и электронами каждого вещества. Он связан с процессом электризации, образованием статического электричества.
У твердых тел распределение зарядов происходит за счет перемещения электронов, а у жидких и газообразных - как электронов, так и заряженных ионов. Все они в комплексе создают разность потенциалов.
Причины образования статического электричества
Наиболее распространенные примеры проявления сил статики объясняют в школе на первых уроках физики, когда натирают стеклянные и эбонитовые палочки о шерстяную ткань и демонстрируют притяжение к ним мелких кусочков бумаги.
Также известен опыт по отклонению тонкой струи воды под действием статических зарядов, сконцентрированных на эбонитовом стержне.
В быту статическое электричество проявляется чаще всего:
при ношении шерстяной или синтетической одежды;
хождении в обуви с резиновой подошвой или в шерстяных носках по коврам и линолеуму;
пользовании пластиковыми предметами.
Ситуацию усугубляют:
сухой воздух внутри помещений;
железобетонные стены, из которых выполнены многоэтажные здания.
Как создается статический заряд
Обычно физическое тело содержит в себе равное количество положительных и отрицательных частиц, за счет чего в нем создан баланс, обеспечивающий его нейтральное состояние. Когда оно нарушается, то тело приобретает электрический заряд определённого знака.
Под статикой подразумевают состояние покоя, когда тело не движется. Внутри его вещества может происходить поляризация - перемещение зарядов с одной части на другую или перенос их с рядом расположенного предмета.
Электризация веществ происходит за счет приобретения, удаления или разделения зарядов при:
взаимодействии материалов за счет сил трения или вращения;
резком температурном перепаде;
облучении различными способами;
разделении или разрезании физических тел.
Распределяются по поверхности предмета или на удалении от нее в несколько междуатомных расстояний. У незаземленных тел они распространяются по площади контактного слоя, а у подключенных к контуру земли стекают на него.
Приобретение статических зарядов телом и их стекание происходит одновременно. Электризация обеспечивается тогда, когда тело получает бо́льший потенциал энергии, чем расходует во внешнюю среду.
Из этого положения вытекает практический вывод: для защиты тела от статического электричества необходимо с него отводить приобретаемые заряды на контур земли.
Способы оценки статического электричества
Физические вещества по способности образовывать электрические заряды разных знаков при взаимодействии трением с другими телами, характеризуют по шкале трибоэлектрического эффекта. Часть их показана на картинке.
В качестве примера их взаимодействия можно привести следующие факты:
хождение в шерстяных носках или обуви с резиновой подошвой по сухому ковру может зарядить человеческое тело до 5÷-6 кВ;
корпус автомобиля, едущего по сухой дороге, приобретает потенциал до 10 кВ;
ремень привода, вращающий шкив, заряжается до 25 кВ.
Как видим, потенциал статического электричества достигает очень больших величин даже в бытовых условиях. Но он не причиняет нам большого вреда потому, что не обладает высокой мощностью, а его разряд проходит через высокое сопротивление контактных площадок и измеряется в долях миллиампера или чуть больше.
К тому же его значительно уменьшает влажность воздуха. Ее влияние на величину напряжения тела при контакте с различными материалами показано на графике.
Из его анализа следует вывод: во влажной среде статическое электричество проявляется меньше. Поэтому для борьбы с ним используют различные увлажнители воздуха.
В природе статическое электричество может достигать огромных величин. При перемещении облаков на дальние расстояния между ними скапливаются значительные потенциалы, которые проявляются молниями, энергии которых бывает достаточно для того, чтобы расколоть вдоль ствола вековое дерево или сжечь жилое здание.
При разряде статического электричества в быту мы чувствуем «пощипывания» пальцев, видим искры, исходящие от шерстяных вещей, ощущаем снижение бодрости, работоспособности. Ток, действию которого подвергается наш организм в быту, отрицательно сказывается на самочувствии, состоянии нервной системы, но он не приносит явных, видимых повреждений.
Производители измерительного промышленного оборудования выпускают приборы, позволяющие точно определить величину напряжения накопленных статических зарядов как на корпусах оборудования, так и на теле человека.
Как защититься от действия статического электричества в быту
Каждый из нас должен понимать процессы, которые образуют статические разряды, представляющие угрозу для нашего организма. Их следует знать и ограничивать. С этой целью проводятся различные обучающие мероприятия, включая популярные телепередачи для населения.
На них доступными средствами показываются способы создания статического напряжения, принципы его замера и методы выполнения профилактических мероприятий.
Например, учитывая трибоэлектрический эффект, лучше всего для расчесывания волос использовать расчески из натурального дерева, а не металла или пластика, как делает большинство людей. Древесина обладает нейтральными свойствами и при трении по волосам не образует заряды.
Для снятия статического потенциала с корпуса автомобиля при его движении по сухой дороге служат специальные ленты с антистатиком, крепящиеся к днищу. Различные их виды широко представлены в продаже.
Если такой защиты на автомобиле нет, то потенциал напряжения можно снимать кратковременным заземлением корпуса через металлический предмет, например, ключ зажигания автомобиля. Особенно важно выполнять эту процедуру перед заправкой топливом.
Когда на одежде из синтетических материлов накапливается статический заряд, то снять его можно обработкой паров из специального баллончика с составом «Антистатика». А вообще лучше меньше пользоваться подобными тканями и носить натуральные материалы из льна или хлопка.
Обувь с прорезиненной подошвой тоже споосбствует накапливанию зарядов. Достаточно положить в нее антистатические стельки из натуральных материалов, как вредное воздействие на организм будет снижено.
Влияние сухого воздуха, характерного для городских квартир в зимнее время, уже обговорено. Специальные увлажнители или даже небольшие куски смоченной материи, положенные на бытарею, улучшают обстановку, снижают процесс образования статического электричества. А вот регулярное выполнение влажной уборки в помещениях позволяет своевременно удалять наэлектризованные частички и пыль. Это один из лучших способов защиты.
Бытовые электрические приборы при работе тоже накапливают на корпусе статические заряды. Снижать их воздействие призвана система уравнивания потенциалов, подключаемая к общему контуру заземления здания. Даже простая акрилловая ванна или старая чугунная конструкция с такой же вставкой подвержена статике и требует защиты подобным способом.
Как выполняется защита от действия статического электричества на производстве
Факторы, снижающие работоспособность электронного оборудования
Разряды, возникающе при изготовлении полупроводниковых материалов, способны причинить большой вред, нарущить электрические характеристики приборов или вообще вывести их из строя.
В условиях производства разряд может носить случайный характер и зависеть от ряда различных факторов:
величин образовавшейся емкости;
энергии потенциала;
электрического сопротивления контактов;
вида переходных процессов;
других случайностей.
При этом в начальный момент порядка десяти наносекунд происходит возрастание тока разряда до максимума, а затем он снижается в течение 100÷300 нс.
Характер возникновения статического разряда на полупроводниковый прибор через тело оператора показан на картинке.
На величину тока оказывают влияние: емкость заряда, накопленного человеком, сопротивление его тела и контактных площадок.
При производстве электротехнического оборудования статический разряд может создаться и без участия оператора за счет образования контактов через заземленные поверхности.
В этом случае на ток разряда влияет емкость заряда, накопленная корпусом прибора и сопротивление образовавшихся контактных площадок. При этом на полупроводник в первоначальный момент одновременно влияют наведенный потенциал высокого напряжения и разрядный ток.
За счет такого комплексного воздействия повреждения могут быть:
1. явными, когда работоспособность элементов уменьшена до такой степени, что они становятся непригодными к эксплуатации;
2. скрытыми - за счет снижения выходных параметров, иногда даже укладывающихся в рамки установленных заводских характеристик.
Второй вид неисправностей обнаружить сложно: они сказываются чаще всего потерей работоспособности во время эксплуатации.
Пример подобного повреждения от действия высокого напряжения статики демонстрируют графики отклонения вольт амперных характеристик применительно к диоду КД522Д и интегральной микросхеме БИС КР1005ВИ1.
Коричневая линия под цифрой 1 показывает параметры полупроводниковых приборов до испытаний повышенным напряжением, а кривые с номером 2 и 3 - их снижение под действием увеличенного наведенного потенциала. В случае №3 оно имеет большее воздействие.
Причинами повреждений могут быть действия от:
завышенного наведенного напряжения, которое пробивает слой диэлектрика полупроводниковых приборов или нарушает структуру кристалла;
высокой плотности протекающего тока, вызывающей большую температуру, приводящую к расплавлению материалов и прожигу оксидного слоя;
испытания, электротермотренировки.
Скрытые повреждения могут сказаться на работоспособности не сразу, а через несколько месяцев или даже лет эксплуатации.
Способы выполнения защит от статического электричества на производстве
В зависимости от типа промышленного оборудования используют один из следующих методов сохранения работоспособности или их сочетания:
1. исключение образования электростатических зарядов;
2. блокирование их попадания на рабочее место;
3. повышение стойкости приборов и комплектующих приспособлений к действию разрядов.
Способы №1 и №2 позволяют выполнять защиту большой группы различных приборов в комплексе, а №3 - используется для отдельных устройств.
Высокая эффективность сохранения работоспособности оборудования достигается помещением его внутрь клетки Фарадея - огражденного со всех сторон пространства мелкоячеистой металлической сеткой, подключенной к контуру заземления. Внутри нее не проникают внешние электрические поля, а статическое магнитное - присутствует.
По этому принципу работают кабели с экранированной оболочкой.
Защиты от статики классифицируют по принципам исполнения на:
физико-механические;
химические;
конструкционно-технологические.
Первые два способа позволяют предотвратить или уменьшить процесс образования статических зарядов и увеличить скорость их стекания. Третий прием защищает приборы от воздействия зарядов, но он не влияет на их сток.
Улучшить стекание разрядов можно за счет:
создания коронирования;
повышения проводимости материалов, на которых накапливаются заряды.
Решают эти вопросы:
ионизацией воздуха;
повышением рабочих поверхностей;
подбором материалов с лучшей объемной проводимостью.
За счет их реализации создают подготовленные заранее магистрали для стекания статических зарядов на контур заземления, исключения их попадания на рабочие элементы приборов. При этом учитывают, что общее электрическое сопротивление созданного пути не должно превышать 10 Ом.
Если материалы обладают большим сопротивлением, то защиту выполняют другими способами. Иначе на поверхности начинают скапливаться заряды, которые могут разрядиться при контакте с землей.
Пример выполнения комплексной электростатической защиты рабочего места для оператора, занимающегося обслуживанием и наладкой электронных приборов, показан на картинке.
Поверхность стола через соединительный проводник и токопроводящий коврик подключена к контуру заземления с помощью специальных клемм. Оператор работает в специальной одежде, носит обувь с токопроводящей подошвой и сидит на стуле со специальным сидением. Все эти мероприятия позволяют качественно отводить скапливающиеся заряды на землю.
Работающие ионизаторы воздуха регулируют влажность, снижают потенциал статического электричества. При их использовании учитывают, что повышенное содержание паров воды в воздухе отрицательно влияет на здоровье людей. Поэтому ее стараются поддерживать на уровне порядка 40%.
Также эффективным способом может быть регулярное проветривание помещения или использование в нем системы вентиляции, когда воздух проходит через фильтры, ионизируется и смешивается, обеспечивая таким образом нейтрализацию возникающих зарядов.
Для снижения потенциала, накапливаемого телом человеком, могут применяться браслеты, дополняющие комплект антистатической одежды и обуви. Они состоят из токопроводящей полосы, которая крепится на руке с помощью пряжки. Последняя подключена к проводу заземления.
При этом способе ограничивают ток, протекающий через человеческий организм. Его величина не должна превышать один миллиампер. Бо́льшие значения могут причинять боль и создавать электротравмы.
Во время стекания заряда на землю важно обеспечить скорость его ухода за одну секунду. С этой целью применяют покрытия пола с малым электрическим сопротивлением.
При работе с полупроводниковыми платами и электронными блоками защита от повреждения статическим электричеством обеспечивается также:
принудительным шунтированием выводов электронных плат и блоков во время проверок;
использованием инструмента и паяльников с заземлёнными рабочими головками.
Емкости с легковоспламеняющимися жидкостями, расположенные на транспорте, заземляются с помощью металлической цепи. Даже фюзеляж самолета снабжается металлическими тросиками, которые при посадке работают защитой от статического электричества.
