Что такое статическое электричество. Статическое напряжение это

Валуев Н.С. 1

Биндич Т.Н. 1

1 Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 50» г. Калуги

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Все мы знакомы с явлением под названием электрический ток. Когда электроны по проводнику двигаются из пункта А в пункт Б, по пути делая еще кое-какую работу, которую задает им человек. Накалить утюг, остудить холодильник, показать нам интересный фильм. Они - электроны - как стая маленьких муравьишек, вместе способные горы свернуть. А провода для них - единственно возможный путь, с различными заданиями и препятствиями на нем. Электроны свободно бегут по проводам, потому что провода сделаны из специальных материалов - проводников. И тут, вроде бы, все понятно. Но есть материалы не проводящие электричество - диэлектрики. Они не дают электронам двигаться. И тут все, вроде бы, тоже понятно: нет электрического тока.

Однако вы удивитесь, что на поверхности диэлектрика может образоваться такое напряжение, какое не сыщешь ни в одной розетке. В сотни тысяч и даже в миллионы Вольт! И это тоже электричество. Люди зовут его “Статическое электричество”. Потому, что наши “муравьишки” никуда не бегут - они стоят на месте. Однако, желание их бежать так велико, что некоторое расстояние они могут “перепрыгнуть”, создавя тем самым завораживающее зрелище - электрический разряд или молнию.

Повзольте вам представить наше исследование статического электричества (далее - СЭ), цели которого: понять, что такое СЭ; увидеть СЭ, а для этого построить соответствующий прибор; получить СЭ при помощи янтаря и шерсти; увидеть молнию без тучи, а, возможно, даже научиться левитировать; и, наконец, сделать выводы из полученных результатов и предложить собственный вариант использования СЭ.

Задачи в рамках исследования:

Изучить проявления СЭ в быту и на производстве;

Построить прибор для обнаружения СЭ;

Исследовать полезные свойства СЭ и опасности связанные с его накоплением;

Поставить эксперименты по получению и использованию СЭ;

Сделать вывод по исследованию СЭ и применить полученный опыт.

Предмет исследования: причины возникновения и накопления СЭ, возможные пути предотвращения накопления СЭ, способы его утилизации и варианты использования СЭ на благо человечества. Объектом исследования является статическое электричество.

Гипотеза: изучив источники возникновения, свойства, принцип действия и существующие способы применения статического электричества, мы попытаемся поставить его на службу человечества.

Новизна: научно-обоснованное использование статического электричества - нового возобновляемого источника энергии.

Глава I

1.1 Определение и свойства.

Стати́ческое электри́чество — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объёме диэлектриков или на изолированных проводниках.

Обычно атом находится в равновесном состоянии благодаря одинаковому числу положительных и отрицательных частиц - протонов и электронов. Электроны могут легко перемещаются от одного атома к другому. При этом они формируют положительные (где отсутствует электрон) или отрицательные (одиночный электрон или атом с дополнительным электроном) ионы. Когда происходит такой дисбаланс, возникает статическое электричество.

1.2 Причины возникновения и способы проявления.

Основным причинами возникновения СЭ можно назвать:

Контакт между двумя материалами и их отделение друг от друга (включая трение, намотку/размотку и пр.).

Быстрый температурный перепад (например, в момент помещения материала в духовой шкаф).

Радиация с высокими значениями энергии, УФ излучение, рентгеновские X-лучи, сильные электрические поля.

Резательные операции (например, на раскроечных станках).

Наведение (вызванное статическим зарядом возникновение электрического поля).

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.

1.3 Проблемы и опасности, связанные со статическим электричеством

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 разряд в электронике. Ток разряда порождает тепло, которое приводит к разрушению соединений, прерыванию контактов и разрыву дорожек микросхем. Высокое напряжение уничтожает также тонкую оксидную пленку на транзисторах.

Электростатическое притяжение/отталкивание. Это наиболее широко распространенная проблема, возникающая на предприятиях, связанных с производством и обработкой пластмасс, бумаги, текстиля и в смежных отраслях. Она проявляется в том, что материалы самостоятельно меняют свое поведение - склеиваются между собой или, наоборот, отталкиваются, прилипают к оборудованию, притягивают пыль, неправильно наматываются на приемное устройство и пр.

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.

Статический удар. Если человек находится в электрическом поле и держится за заряженный объект, например, за намоточную бобину для пленки, возможно, что его тело зарядится и позже разрядится о заземленный объект, нанося электрическое поражение. 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.

Глава II

2.1 Статическое электричество на службе у человека.

Статическое электричество в технике. Когда электризация тел полезна

Статическое электричество может быть верным помощником человека, если изучить его закономерности и правильно их использовать. Давайте рассмотрим некоторые существующие способы применения СЭ.

Маляр без кисточки

Движущиеся на конвейере окрашиваемые детали, например корпус автомобиля, заряжают положительно, а частицам краски придают отрицательный заряд, и они устремляются к положительно заряженной детали. Слой краски на ней получается тонкий, равномерный и плотный. Действительно одноименно заряженные частицы красителя отталкиваются друг от друга — отсюда равномерность окрашивающего слоя. Частицы, разогнанные электрическим полем, с силой ударяются об изделие — отсюда плотность окраски. Расход краски снижается, так как она осаждается только на детали. Метод окраски изделий в электрическом поле сейчас широко применяют в нашей стране.

Электрические копчености

Копчение — это пропитывание продукта древесным дымом. Частицы дыма не только придают продуктам вкус, но и предохраняют их от порчи. При электрокопчении частицы коптильного дыма заряжают положительно, а отрицательным электродом служит, например, тушка рыбы. Заряженные частички дыма оседают на поверхности тушки и частично поглощаются ею. Все электрокопчение продолжается несколько минут; прежде копчение считалось длительным процессом.

Электрический ворс

Чтобы получить в электрическом поле слой ворса на каком-либо материале, надо материал заземлить, поверхность покрыть клеящим веществом, а затем через заряженную металлическую сетку, расположенную над этой поверхностью, пропустить порцию ворса. Ворсинки быстро ориентируются в поле и, распределяясь равномерно, оседают на клей строго перпендикулярно поверхности. Так получают покрытия, похожие на замшу или бархат. Легко получить разноцветный узор, заготовив порции разного по цвету ворса и несколько шаблонов, которыми в процессе электроворсования прикрывают поочередно отдельные участки изделия. Так можно сделать многоцветные ковры.

Как ловят пыль

Чистый воздух нужен не только людям и особо точным производствам. Все машины из-за пыли преждевременно изнашиваются, а каналы их воздушного охлаждения засоряются. Кроме того, часто пыль, улетающая с отходящими газами, представляет собой ценное сырье. Очистка промышленных газов стала необходимостью. Практика показала, что с этим хорошо справляется электрическое поле. В электрическом поле газ в трубе ионизируется. Под воздействием поля частицы сажи движутся к трубе и осаждаются на ней, а очищенный газ выходит в атмосферу. Трубу время от времени встряхивают, и уловленные частицы поступают в бункер. Электрические фильтры на крупных тепловых электростанциях улавливают 99% золы, содержащейся в выходных газах.

Смешение веществ

Если мелкие частицы одного вещества зарядить положительно, а другого — отрицательно, то легко получить их смесь, где частицы распределены равномерно. Например, на хлебозаводе теперь не приходится совершать большую механическую работу, чтобы замесить тесто. Заряженные положительно крупинки муки воздушным потоком подаются в камеру, где они встречаются с отрицательно заряженными капельками воды, содержащей дрожжи. Крупинки муки и капельки воды, притягиваясь друг к другу, образуют однородное тесто.

2.2. Эксперименты со статическим электричеством.

Детектор СЭ.

Для обнаружения статического электричества мы будем использовать статическое поле, образуемое им. Из выше сказанного следует, что, чтобы навести статический заряд, достаточно поместить предмет в статическое поле. Получая одноименный заряд, разные части этого предмета начинают отталкиваться друг от друга. Мы используем две довольно легкие пластины фольги, чтобы обнаружить даже небольшой заряд, проводник к ним, а также экранирующую колбу. (рис. 1)

Статическое электричество из янтаря.

Древнейший из опытов с электричеством. Когда-то люди еще не знали, что такое электричество или электрон, в нашем сегодняшнем понимании. Однако, они знали слово “электрон”, что в переводе с греческого означает янтарь. Именно на разряде наэлектролизованного янтаря древние люди влервые увидели электроны, летящие скрозь воздух. Гораздо позже, когда электрон-частица был открыт, ему дали имя электрона-янтаря в честь того самого, тогда необъяснимого явления.

Мы натрем янтарь шерстяным носком, вследствие чего он получит заряд. Поднесем его к металлическому предмету и увидим разряд.

Левитирующее кольцо.

Для этого опыта нам понадобятся: воздушный шар, ворсистая ткань, отрезок “дождика”.

Связываем два конца отрезка дождика, получается кольцо. Берем надутый шар у основания, максимально далеко от места, которое будем электролизовать с помошью ткани. Натираем “макушку” шара. Он получил заряд, что можно проверить поднеся шар к волосам. Далее бросаем на шар кольцо. Важно не дотрагиваться до кольца в момент касания им шара.

И, кольцо парит над шаром, имея с ним одинаковый заряд. Более того, кольцо приняло почти идеальную круглую форму, поскольку каждая его часть стремиться улететь от другой.

2.3. Выводы и предложения.

У каждого из нас дома несколько десятков электрических розеток. Современная розетка - трехконтактная. Два контакта - по которым течет электрический ток. Третий контакт используется для снятия статического электричества. Оно просто утилизируется в землю. В масшабах квартиры это небольшие заряды или потенциалы, но в масштабах многоквартирного дома или целого квартала - это Мегавольты электроэнергии. На предприятиях этот показатель гораздо больше. Все, что связано с трением, намоткой и разделением генерирует Гигавольты и десятки Гигавольт потенциала, которые тоже бесцельно утилизируются.

Обратно в электросеть вернуть это электричество довольно сложно, хотя есть и такие разработки. Однако, и разбрасываться таким потенциалом чересчур расточительно. Мы бы хотели предложить необычный способ применения статического электричества:

Сборка сложных молекул , например белков. Начинаем с простых молекул и, постепенно, “приклеиваем” к нему нужные нам вещества, заряжая то те то другие нужными нам зарядами. Так можно построить молекулу без сложных химических реакций и долгих биологических процессов. Представьте, что с одной стороны наша простая молекула, а с другой в отдельных контейнерах разные вещества из таблицы Менделеева. С помощью статического поля мы поворачиваем нашу молекулу нужным боком, заряжаем ее; а на вещество из таблицы менделеева подаем противоположный заряд. Оно движется в статическо поле и присоединяется к нашей молекуле в нужное место. И так далее, пока не получиться нужная нам сложная молекула.

Заключение

Что ж, пришло время подвести итоги. Мы изучили теоретические основы статического электричества. Раскрыли содержание определения статического электричества. Узнали, что заряд может образовываться на диэлетриках, совершенно не проводящих электричество, но способных быть причиной его возникновения. Узнали, что единицей заряда является куллон, и самый маленький заряд в природе - (- или +)1,6х10 -19 - это заряд электрона и протона. Далее мы изучили все возможные способы проявления статического электричества в повседневной жизни человека и на производственных предприятиях. Узнали чем оно опасно и что можно предпринять, чтобы исключить возможный материальный ущерб или причение вреда жизни и здоровью человека.

Далее выяснили каким образом СЭ помогает человеку: позволяет нам красить сухой краской, придать более насыщенный вкус продуктам, создать необычные материалы для одежды и обуви, избавить промышленные предприятия от вредных выбросов, смешать разнородные вещества более быстро и качественно.

Затем мы построили прибор для обнаружения электростатического поля из подручных материалов. Это прототип прибора для измерения электрического заряла - электрометра. Показали как этектростатический заряд может поляризовать прибор посредством поля и передать часть своего заряда ему посредством разряда.

Мы провели наглядные опыты, иллюстрирующие электростатический разряд и электростатическое притяжение/отталкивание.

На основании изученного материала и полученного в ходе экспериментов опыта, нами было разработано предложение по сборке сложных молекул из простых.

Тема электричества и статического электричества в частности интересовала ученых всегда. Величайшие умы занимались выведением законов и изобретением установок в этой области на протяжении веков. Но, по нашему мнению, истинный потенциал кулоновских ваимодействий еще не раскрыт. Если весь Мир держится за счет только положительных и отрицательных зарядов, значит энергия их - почти безгранична. Надо просто правильно научиться ей пользоваться. И, возможно уже в следующем столетии, мы будем жить без автомобильных выхлопов, заводов, коптящих трубами, химических выбросов в атмосферу и воду, бездумного расходования водных ресурсов, ради добычи нефти или производства картона... Нужно просто немного подумать. Давайте селаем это вместе. Спасибо за внимание!

Список источников и литературы

Гудилин Е. А. Самосборка “Словарь нанотехнологических терминов” Роснано, 2012 г.

Казанжи К. К. “Статическое электричество. Новое в жизни, науке, технике М:, Знание, 1965 г.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Ампер,_Андре-Мари

https://ru.wikipedia.org/wiki/Вольта,_Алессандро

https://ru.wikipedia.org/wiki/Гилберт,_Уильям

https://ru.wikipedia.org/wiki/Кулон,_Шарль_Огюстин_де

https://ru.wikipedia.org/wiki/Статическое_электричество

Дата публикации: 29.01.2016

В нашей жизни мы каждый день сталкиваемся с действием статического электричества. Иногда это нас раздражает, кого-то даже пугает, кто-то не обращаем внимания на подобные вещи. Но всегда лучше знать, что нас окружает и как избежать незанчительных, но всегда неприятный последствий действия статического электричества. В этом совете ма как раз и расскажем вам об этом.

По теории все вещества в своём составе имеют атомы. В атоме одинаковое число протонов и нейтронов. Протоны имеют положительный заряд, электроны - отрицательный, то есть имеют противоположную полярность и взаимно притягиваются. Атом находится в равновесии. Но электроны могут перемещаться, тогда образуются положительные и отрицательные ионы. Ионы сами не перемещаются. Когда их заряд увеличивается или уменьшается, возникает дисбаланс, то есть статическое электричество. Статический заряд может быть положительным или отрицательным. Заряды с одинаковой полярностью отталкиваются, с противоположной притягиваются.

По способности проводить заряды вещества условно делят на проводники, полупроводники и диэлектрики. Статические заряды возникают на поверхности твёрдых материалов и жидкостей при больших скоростях вращения, движения, при дроблении, при контактах и разъёме между соприкасающимися материалами, при быстром увеличении температуры, при высоком ультрафиолетовом или рентген излучении, высокой радиации, при индукции в сильном электрическом поле, при низкой влажности воздуха. При влажности воздуха ниже 50% диэлектрические материалы сильнее электризуются, при влажности воздуха более 85% статическое электричество практически не возникает, так как воздух становится электропроводным.

В нашей жизни мы каждый день сталкиваемся с действием статического электричества. Мы никогда не сможем отказаться на работе и в быту от современного оборудования, приборов, машин, тканей, жидкостей, поэтому всегда будем сталкиваться с действием статического электричества.

В промышленных производствах при работе с листовыми пластиками (их соединение и разъединение), в текстильной и бумажной промышленности (сматывание и разматывание рулонов ткани и бумаги) всегда наблюдаются явления электризации. В мукомольной промышленности, в производстве сахара, в колбасном производстве (при измельчении, фильтровании, просеивании, пересыпании веществ) возникает статическое электричество. Статическое электричество возникает и в нефтепереработке, на спиртзаводах при переливании и перекачке жидкостей. Со статическим электричеством встречаются в химическом производстве при изготовлении пластмасс; в радиоэлектронной промышленности при производстве и транспортировке приборов и микросхем; в офисных помещениях, где находятся телевизоры, компьютеры и различная оргтехника. Кондиционеры и вентиляторы, выдувая наэлектризованные пылинки, повышают статический заряд в помещении; любые электроприборы создают при работе электростатические поля. Электростатические заряды возникают на поверхности самолёта при трении об воздух; на поверхности автомобиля, двигающегося в сухую погоду, если резина колёс обладает хорошей изоляцией. Статическое электричество может возникнуть в результате индукции от электрического поля высоковольтной линии электропередач (ЛЭП) или грозы. Простым примером возникновения статического заряда может быть ходьба, когда происходит контакт подошвы с ковром, затем их разделение.

Дома источником статического электричества служат любые электроприборы, телевизор, компьютер, экран монитора, синтетическая одежда, шторы из синтетики и подушки, полиэтиленовые пакеты, даже расчёска из пластика. Все мы знаем, как волосы тянутся за расчёской, так как заряжены с ней разноимённо, и встают "дыбом", так как зарядились между собой одинаковым зарядом и поэтому разлетаются в разные стороны.

Величина зарядов статического электричества зависит многих вещей: от электропроводности материалов, от их диэлектрической проницаемости, от скорости движения, от трения частиц, от температуры и влажности воздуха. Статические заряды могут частично взаимно нейтрализоваться из-за некоторой электропроводности воздуха, могут стекать на землю по поверхности оборудования.

Но в некоторых случаях заряды велики и разность потенциалов велика. Тогда происходит искровой разряд между наэлектризованными частями оборудования или происходит разряд на человека. Например, у машины под линией ЛЭП может зарядиться наведённым зарядом металлическая дверь и разрядится она на дотронувшегося до двери человека, что может быть опасно для человека. Большая опасность возникает при молниях. При движении воздушных потоков облака могут образовывать электрические разряды, также разряды могут быть между заряженными облаками и землёй. Эти разряды могут разрядиться на человека, где нет молниеотводов.

Ещё пример статического разряда. Часто бывает, что водитель получает электроудар, покидая свою машину, потому что между сиденьем и одеждой в момент подъёма возникает заряд. Однако можно избежать удара, если до подъёма водитель дотрагивается до металлической детали (до рамы), тогда заряд успевает безопасно стечь через кузов и шины на землю.

Возникновение разрядов (искрение) на производствах - нежелательно, так как препятствует нормальной работе. Статическое электричество для различных электронных приборов - транзисторов, микропроцессоров - вредно, так как возникающее искрение имеет высокое напряжение и может вывести из строя.При искрении может возникнуть опасность пожара там, где ведётся работа с горючими жидкостями, смесями, легко воспламеняющимися растворами. У таких смесей, жидкостей есть минимальная энергия воспламенения. Это приходится учитывать. Если эта энергия ниже энергии разряда, возникает возгорание.

Человеческое тело является хорошим проводником, но так же может накапливать заряды. Если оператор находится в электрическом поле и держится за заряженный объект (например, за намотанную бобину плёнки), то его тело зарядится. Заряд остаётся в теле человека, если он в обуви на изолирующей подошве. Если оператор дотронется до металлических деталей, заряд может стечь и оператор получит электроудар, то - есть проскакивает искра. Так точно при работе с воспламеняющимися жидкостями. Если тело оператора будет генерировать заряд (передвижение по диэлектрикам, одет в синтетическую ткань, обувь с изолирующей подошвой), оператор может спровоцировать возгорание жидкости или растворителя.

В ряде случаев статическая электризация человека последующий разряд с человека на землю или заземлённое оборудование или разряд с незаземлённого оборудования через тело человека могут вызвать боль или нервные ощущения у человека. Человек в результате неожиданного болевого укола может сделать в ответной реакции резкие движения, упасть с высоты, получить травму, испугаться возникшего возгорания жидкости. В этом опасность статических разрядов. При разрядах электротравмы нет, но считается, что электрическое поле повышенной напряжённости вредно для человека. При длительном пребывании в таком поле могут наблюдаться изменения в сердечно - сосудистой или в центрально - нервной системах. Может возникнуть у человека фобия из - за страха ожидаемого удара. У людей, особенно в офисах, где много компьютеров и оргтехники, встречаются жалобы на головную боль, раздражительность, нарушение сна, аппетита. Вопрос влияния статического электричества на человека мало изучен.

Большой вред статическое электричество приносит на производстве, поэтому там принимают меры для защиты от статического электричества. При этом учитываются особенности технологического процесса, свойства обрабатываемых материалов и жидкостей.

Во -первых, проводят постоянный отвод статического электричества с помощью заземления. Так, например, если плёнка будет находиться на металлическом валу, и вал заземлён, заряд стекает на землю и разряда не будет. Для устранения статического электричества делают заземление корпусов оборудования.

У самолётов на шасси и днище фюзеляжа закреплены металлические тросики, что позволяет снимать статические заряды, образовавшиеся в полёте.

Для снятия статических зарядов с кузова автомобиля к днищу прикрепляют электропроводную полоску - "антистатик". Если водитель замечает при выходе из автомобиля, что кузов искрит, он должен разрядить кузов, прикасаясь металлическим ключом. Особенно это надо сделать перед заправкой машины бензином. Для человека разрядка в данном случае не опасна.

Для диэлектрических жидкостей, например, для нефтепродуктов вводят в основной продукт специальные присадки (элеат хрома, элеат кобальта др.) Для всех диэлектрических жидкостей (бензин, спирт др.) ограничивают разбрызгивание, плескание. Не допускается наполнение резервуаров свободно падающей с высоты струёй. Сливной шланг надо опускать до самого дна цистерны. Наконечники сливных шлангов надо заземлять гибким медным проводником. В состав резиновых шлангов для перекачки легко воспламеняющихся жидкостей вводят присадки (антистатические вещества, как графит, сажа), что снижает опасность воспламенения при переливании в авто- и железнодорожные цистерны. При сливе бензина на заправке бензовоз - заправщик заземляется дополнительно.

Для снижения действия статического электричества стараются применять материалы с большей электропроводностью или вводят антистатические присадки. Так для полов применяют антистатический линолеум. Регулярно делают антистатическую обработку ковролина, синтетических тканей. Соприкасающиеся предметы лучше изготовить из одного материала. Так полиэтиленовый порошок лучше хранить в полиэтиленовых бочках.

Влажный воздух имеет достаточную электропроводность. Поэтому увлажнение воздуха, например, в офисах, где много компьютеров, оргтехники, может быть одним из простых и доступных методов устранения статического электричества. Увлажнение воздуха более 70% обеспечивает постоянный отвод статических зарядов.

Есть другой метод устранения статических зарядов - ионизация воздуха. При работе ионизатора его ионы нейтрализуют заряды статического электричества. На производствах используют мощнейшие ионизаторы воздуха разной конструкции (индукционные, высоковольтные, радиационные). С помощью бытовых ионизаторов устраняют заряды на одежде, коврах, синтетических покрытиях.

Отвод статического электричества с человека на производствах осуществляют устройством электропроводящих полов, площадок, трапов. Обеспечивают средствами индивидуальной защиты - антистатические халаты, обувь на кожаной подошве или подошве из электропроводной резины.

Дома можно увлажнять воздух, поместив на батареи отопления влажные полотенца. Можно применять разные антистатики для тела, для тканей, чтобы не прилипала юбка к ногам, чтобы не трещал и не искрил свитер, когда снимаем. Для волос можно выбрать гребень из дерева, а если расчёска всё же из пластика, служит вода, масло розы, лаванды, да многое можно найти при желании придать волосам красоту и блеск себе на радость.

Последние советы раздела «Наука &Техника»:

Вам помог этот совет? Вы можете помочь проекту, пожертвовав на его развитие любую сумму по своему усмотрению. Например, 20 рублей. Или больше:)

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 противоположными знаками электрических зарядов. Фактически атомы и молекулы одного вещества, обладающие более сильным притяжением, отрывают электроны от другого вещества.

С другой стороны, такие напряжения могут быть опасны для элементов различных электронных приборов - микропроцессоров , транзисторов и т. п. Поэтому при работе с радиоэлектронными компонентами рекомендуется принимать меры по предотвращению накопления статического заряда.

Молнии

В результате движения воздушных потоков, насыщенных водяными парами, образуются грозовые облака, являющиеся носителями статического электричества. Электрические разряды образуются между разноименными заряженными облаками или, чаще, между заряженным облаком и землей. При достижении определенной разности потенциалов происходит разряд молнии между облаками или на земле. Для защиты от молний устанавливаются молниеотводы , проводящие разряд напрямую в землю.

Примечания

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Статическое электричество" в других словарях:

Статическое электричество - см. Электричество статическое … Российская энциклопедия по охране труда

СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, некоторое количество ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ в состоянии покоя, а не движения, как в случае с ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ. Как правило, незаряженные АТОМЫ обладают одинаковым количеством положительных и отрицательных ЭЛЕКТРОНОВ.… … Научно-технический энциклопедический словарь

статическое электричество - 3.1 статическое электричество: Совокупность явлений, связанных с разделением положительных и отрицательных электрических зарядов, сохранением и релаксацией свободного электростатического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

статическое электричество - rus статическое электричество (с) eng static electricity fra électricité (f) statique deu statische Elektrizität (f) spa electricidad (f) estática … Безопасность и гигиена труда. Перевод на английский, французский, немецкий, испанский языки

статическое электричество - statinė elektra statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. static electricity vok. statische Elektrizität, f rus. статическое электричество, n pranc. électricité statique, f … Fizikos terminų žodynas

Электричество статическое - Статическое электричество: совокупность явлений, связанных с разделением положительных и отрицательных электрических зарядов, сохранением и релаксацией свободного электростатического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на… … Официальная терминология

Электричество - (Electricity) Понятие электричество, получение и применение электричества Информация о понятии электричество, получение и применение электричества Содержание — это понятие, выражающее свойства и явления, обусловленные структурой физических… … Энциклопедия инвестора

Сущ., с., употр. сравн. часто Морфология: (нет) чего? электричества, чему? электричеству, (вижу) что? электричество, чем? электричеством, о чём? об электричестве 1. Электричеством называют вид энергии, которую люди используют для приведения в… … Толковый словарь Дмитриева

- (от греч. elektron янтарь, так как янтарь притягивает легкие тела). Особенное свойство некоторых тел, проявляющееся только при известных условиях, напр. при трении, теплоте, или химических реакциях, и обнаруживающееся притягиванием более легких… … Словарь иностранных слов русского языка

Нарушение баланса между электрическими зарядами внутри материала или на его поверхности это возникновение статического электричества. Заряд сохраняется, пока он не будет снят вследствие протекания электрического тока или разряда. Статическое электричество вызывается при контакте и разделении двух поверхностей, и хотя бы одна из поверхностей является диэлектриком – непроводящим электрический ток материалом. Со статическим электричеством большинство из людей знакомы, поскольку они видели искры в момент нейтрализации избыточного заряда, ощущали на себе разряд и слышали сопровождающий его треск.

Причины статического электричества

Вещества состоят из атомов, которые в обычном состоянии электрически нейтральны, поскольку содержат равное количество положительных зарядов (протонов ядра) и отрицательных зарядов (электронов атомных оболочек). Статическое электричество заключается в разделении положительных и отрицательных зарядов. При контакте двух материалов электроны могут переходить с одного материала на другой, что приводит к избытку положительных зарядов на одном материале, и равном избытке отрицательного заряда на другом материале. При разделении материалов образовавшийся дисбаланс зарядов сохраняется.

В контакте материалы могут обмениваться электронами; материалы, слабо удерживающие электроны, склонны их терять, в то время как материалы, в которых внешние оболочки атомов не полностью заполнены, склонны захватывать электроны. Этот эффект называется трибоэлектрическим, и приводит к тому, что один материал заряжается положительно, а другой отрицательно. Полярность и величина заряда при разделении материалов зависит от относительного положения материала в трибоэлектрическом ряду.

Материалы располагаются в ряду, один конец которого является положительным, а другой отрицательным. При трении пары материалов материал, располагающийся ближе к положительному концу ряда, заряжается положительно, а другой – отрицательно. Единого трибоэлектрического ряда (подобного ряду напряжений металлов), не существует, как нет и единой теории электризации. Обычно ближе к положительному концу ряда располагаются материалы с большей диэлектрической проницаемостью.

Порядок следования материалов в трибоэлектрическом ряду может быть нарушен. Так в паре шелк-стело, стекло отрицательно, в паре стекло-цинк, отрицателен цинк, а в паре цинк-шелк, отрицательно заряжается не цинк, как следовало бы ожидать, а шелк. Такое отсутствие упорядоченности называется трибоэлектрическим кольцом.

Трибоэлектрический эффект – основная причина возникновения статического электричества в повседневной жизни, при взаимном трении различных материалов. Например, если потереть воздушный шарик о волосы, он заряжается отрицательно, и может притягиваться к положительно заряженным источникам стены, прилипая к ней и нарушая законы тяготения.

Предупреждение и у даление статических зарядов

Предотвратить накопление статики очень просто – достаточно открыть окно или включить увлажнитель воздуха. Увеличение содержания влаги в воздухе приведет к увеличению ее электрической проводимости, аналогичного эффекта можно добиться ионизацией воздуха.

Особо чувствительны к статическим разрядам предметы можно защитить нанесением антистатического средства.

Особенно чувствительны к разрядам статического электричества полупроводниковые компоненты электронных устройств. Для защиты этих устройств обычно используются токопроводящие антистатические пакеты. Работающие с полупроводниковыми схемами люди зачастую заземляют себя антистатическими браслетами, надеваемыми на кисть руки. Избежать образования статических зарядов при контакте с полом (например, в больницах), можно путем ношения антистатической обуви с токопроводящей подошвой.

Разряд

Искра – это разряд статического электричества, когда избыточный заряд нейтрализуется потоком зарядов из окружения или к окружению. Электрический удар вызывается раздражением нервов при протекании нейтрализующего тока через человеческое тело. Запасенная энергия статики зависит от размера объекта, электрической емкости, напряжения, до которого он оказался заряженным, и диэлектрической проницаемости окружающей среды.

Для моделирования эффекта разряда статики на чувствительные электронные приборы, человеческое тело представляется как электрическая емкость в 100 пФ, заряженная до напряжения от 4 до 35 кВ. При касании объекта эта энергия разряжается менее чем за микросекунду. Хотя общая энергия разряда мала, порядка миллиджоулей, она может повредить чувствительные электронные приборы. Большие объекты запасают больше энергии, что представляет опасность для людей при контакте, или воспламенить искрой горючий газ или пыль.

Молния

Молния – пример статического разряда атмосферного электричества в результате контакта частиц льда в грозовых облаках. Обычно значительные разряды могут накапливаться только в областях в малой электрической проводимостью. Разряд обычно наступает при напряжении поля порядка 10 кВ/см, в зависимости от влажности. Разряд перегревает окружающий воздух с образованием яркой вспышки и звука треска. Молнии – всего лишь масштабный вариант искры статического разряда электричества. Вспышка возникает вследствие нагрева воздуха в канале разряда до такой высокой температуры, что он начинает излучать свет, как и любое раскаленное тело. Удар грома – последствия взрывного расширения воздуха.

Электронные компоненты

Многие полупроводниковые приборы электронных устройств очень чувствительны к присутствию статики и могут быть повреждены разрядом. При обращении с наноустройствами обязательно ношение антистатического браслета. Другой мерой предосторожности является снятие обуви с толстой резиновой подошвой и постоянное стояние на металлическом заземленном основании.

Образование статического электричества в потоках возгораемых и горючих материалов

Разряд статического электричества представляет опасность в отраслях промышленности, где применяются горючие вещества, где маленькие электрические искры могут привести к взрыву. Движение мельчайших частиц пыли или жидкостей с малой электропроводностью в трубопроводах или их механическое перемешивание может вызвать образование статики. При статическом разряде в облаке пыли или паров возможен взрыв.

Взрываться могут зерновые элеваторы, лакокрасочные фабрики, участки производства стекловолокна, топливозаправочные колонки. Накапливание заряда в среде происходит при ее электрической проводимости менее 50 пС/м, при большей проводимости образующиеся заряды рекомбинируют (рекомбинация – процесс, обратный ионизации), и накапливания не происходит.

Наполнение больших трансформаторов трансформаторным маслом требует соблюдения предосторожностей, поскольку электростатические разряды внутри жидкости могут повредить изоляцию трансформатора.

Поскольку интенсивность образования зарядов тем выше, чем выше скорость течения жидкости и диаметр трубопровода, в трубопроводах диаметром более 200 мм скорость течения жидкости ограничивается стандартом. Так, скорость течения углеводородов с содержанием воды обычно ограничивается на уровне 1 м/с.

Образование зарядов ограничивается заземлением. При проводимости жидкости ниже 10 пС/м этой меры оказывается недостаточно, и к жидкости добавляются антистатические присадки.

Перекачивание топлива

Перекачивание горючих жидкостей наподобие бензина по трубопроводам может привести к образованию статического электричества, а разряд может привести к возгоранию паров топлива.

Подобные случаи происходили на автозаправках и в аэропортах при заправке самолетов керосином. Здесь также эффективно заземление и антистатические присадки. Течение газа в трубопроводах представляет опасность лишь при наличии в газе твердых частичек или капелек жидкости.

На космических аппаратах статическое электричество представляет большую опасность вследствие низкой влажности среды, и с этой опасностью придется считаться при осуществлении запланированных полетов на Луну и Марс. Пешие переходы по сухой поверхности могут вызвать образование огромных зарядов, могущих повредить электронные устройства.

Озонное растрескивание

Статические разряды в присутствии воздуха или кислорода вызывают образование озона. Озон повреждает резиновые детали, в частности, ведет к растрескиванию уплотнителей.

Энергия статического разряда

Высвободившаяся при статических разрядах энергия варьируется в широких пределах. Разряды энергией более 5000 мДж представляют опасность для человека. Один из стандартов предполагает, что предметы потребления не должны создавать разряд с энергией выше 350 мДж на человека. Максимальное напряжение ограничивается значением 35-40 кВ вследствие ограничивающего фактора – коронного разряда. Потенциал ниже 3000В обычно человеком не ощущается. Прохождение пешком 6 метров по полихлорвиниловому линолеуму при влажности воздуха 15% вызывает образование потенциала 12 кВ, в то время как при 80% влажности потенциал не превышает 1,5 кВ.

Искра возникает при энергии выше 0,2 мДж. Искру подобной энергии человек обычно не видит и не слышит. Чтобы произошел взрыв в водороде, достаточно искры с энергией 0,017 мДж, и до 2 мДж для паров углеводородов. Электронные компоненты повреждаются при энергии искры между 2 и 1000 нДж.

Применение статики

Статическое электричество широко используется в ксерографах, воздушных фильтрах, для окраски автомобилей, фотокопировальных устройствах, краскораспылителях, принтерах, и заправке топливом воздушных судов.

Под статическим электричеством понимают совокупность явлений, связанных с возникновением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности, или в объеме диэлектриков, или на изолированных проводниках.

Образование и накопление зарядов на перерабатываемом материале связано с двумя условиями. Во-первых, должен произойти контакт поверхностей, в результате которого образуется двойной электрический слой. Во-вторых, хотя бы одна из контактирующих поверхностей должна быть из диэлектрического материала. Заряды будут оставаться на поверхности после их разделения только в том случае, если время разрушения контакта меньше времени релаксации зарядов. Последнее, в значительной степени, определяет величину зарядов на разделенных поверхностях.

Двойной электрический слой - это пространственное распределение электрических зарядов на границах соприкосновения двух фаз. Такое распределение зарядов наблюдается на границе металл - металл, металл - вакуум, металл - газ, металл - полупроводник, металл - диэлектрик, диэлектрик - диэлектрик, жидкость - твердое тело, жидкость - жидкость, жидкость - газ.

Основная величина, характеризующая способность к электризации, - удельное электрическое сопротивление поверхностей контактируемых материалов. Если контактирующие поверхности имеют низкое сопротивление, то при разделении заряды с них стекают и раздельные поверхности несут незначительный заряд. Если же сопротивление высокое или велика скорость отрыва поверхностей, то заряды будут сохраняться.

Следовательно, основные факторы, влияющие на электризацию веществ, - их электрофизические параметры и скорость разделения.

Условно принято, что при удельном электрическом сопротивлении материалов менее 10 5 Ом м заряды не сохраняются и материалы не электризуются.

Опытами установлено, что при соприкосновении (трении) двух диэлектриков тот из них, который имеет большее значение диэлектрической проницаемости, заряжается положительно, в то время как материал с меньшей диэлектрической проницаемостью заряжается отрицательно.

Под разрядами статистического электричества понимают процессы выравнивания зарядов между отдельными твердыми телами, несущими разные электростатические заряды. Они обычно сопровождаются скользящими, коронными, искровыми разрядными явлениями. При возникновении искр могут воспламениться горючие газы или пары, или инициироваться взрывоопасные смеси, а вызванные разрядами электромагнитные поля могут повредить электронные элементы, вывести из строя или нарушить функции электронного оборудования.

Заряды статического электричества, вызывающие опасные воздействия, могут возникать различными путями. Однако при изготовлении и применении электронных элементов и приборов существенны два механизма электризации: за счет индукции и трения.

Токи в процессе зарядки составляют от сотен пикоампер до нескольких микроампер, а электростатические заряды - от 3 нКл до 5 мкКл. Электростатическая разность потенциалов между телами определяется после окончания процесса зарядки отношением приобретенного заряда Q к емкости C AB тел между собой:

U AB =Q/C AB .

Рис. 3.11 иллюстрирует влияние используемых материалов, а также относительной влажности воздуха на величину напряжения, которое может быть получено при электризации.

Таблица 3.1. Ориентировочные значения напряжений статических зарядов при относительной влажности воздуха 24 % и температуре 21 0 С

С электронными деталями, элементами и приборами необходимо особенно осторожное обращение, чтобы избежать их повреждения из-за электростатических явлений.

Особое значение при обращении с электронными приборами имеет возможный электростатический заряд тела человека, попадающий на переключающие схемы, печатные платы, элементы управления, корпусы приборов при их транспортировке, монтаже, испытаниях, эксплуатации, ремонте и сервисном обслуживании. Тело человека обладает ёмкостью относительно земли пФ. Если человек идет по полу с синтетическим покрытием, то эта емкость может зарядиться приблизительно до U max =15 кВ, накопленная энергия

При приближении человека к заземленному корпусу электронного прибора произойдет искровой разряд, и так как обычно соблюдается условие

то будет иметь место апериодический процесс.

Наиболее сильное воздействие разрядов статистического электричества получается тогда, когда в руке имеется металлический предмет (ключ, отвёртка, проводящие браслеты и т.д.). В этом случае крутизна тока, определяющая индуктированные напряжения помех, может достигать 100 А/нс.

Наблюдаются также разряды статистического электричества в компьютерных залах, кабинетах управления, испытательных помещениях с подвижных предметов (кресел, приборных тележек, полок с печатной бумагой, пылесосов) на корпусы электронных приборов при их случайном касании.

Каждый разряд статистического электричества сопровождается электрическими и магнитными полями.

При этом в непосредственной близости от разряда создаётся электрическое поле 4 кВ/м на расстоянии до 10 см и 1 кВ/м на расстоянии 20 см. Аналогично, магнитное поле равно 15 А/м на расстоянии 10 см и 4 А/м на расстоянии 20 см.

При разряде статистического электричества чаще всего наблюдаются сбои в работе высокоскоростных цифровых узлов, а также цифровых интерфейсных элементов. При подаче на разъёмы, клавиатуры, элементы индикации и т.п. возможно физическое повреждение интерфейсных элементов.

Особенно опасно воздействие разрядов статического электричества на незащищенные узлы аппаратуры. Поэтому при любых ремонтных и наладочных работах нужно соблюдать требования электростатической безопасности. При профессиональной сборке аппаратуры используют антистатические покрытия и т.п. В условиях эксплуатации эти требования удаётся выполнить не всегда. Однако минимальные меры предосторожности соблюдать всё же стоит: например, перед прикосновением к узлам аппаратуры следует дотронутся до заземленных металлоконструкций, что позволит снять избыточный заряд.