Войти
Объекты с одинаковым статическим зарядом отталкиваются друг от друга 
При контакте с горкой волосы этого ребенка заряжены положительно, так что человек волосы отталкивают друг друга. Волосы также могут притягиваться к отрицательно заряженной поверхности скольжения. Статическое электричество - это дисбаланс электрических зарядов внутри или на поверхности материала. Заряд сохраняется до тех пор, пока он не сможет уйти с помощью электрического тока или электрического разряда. Статическое электричество названо в отличие от текущего электричества, которое течет по проводам или другим проводникам и передает энергию.
Статический электрический заряд может создаваться всякий раз, когда две поверхности соприкасаются и имеют износ и разделены, и по меньшей мере одна из поверхностей имеет высокое сопротивление электрическому току (и, следовательно, является электрическим изолятором ). Эффекты статического электричества знакомы большинству людей, потому что люди могут чувствовать, слышать и даже видеть искру, поскольку избыточный заряд нейтрализуется при приближении к большому электрическому проводнику (например, путь к земле), либо область с избыточным зарядом противоположной полярности (положительной или отрицательной). Известное явление статического разряда, а именно электростатический разряд , вызывается нейтрализацией заряда.
Около 600 г. до н.э. Фалес Милетский обнаружил, что трение янтаря позволяет ему собирать листья и пыль.
Материалы состоят из атомов, которые обычно электрически нейтральны, потому что они содержат равное количество положительных зарядов (протонов в своих ядрах ) и отрицательные заряды (электроны в «оболочках, окружающих ядро). Явление статического электричества требует разделения положительных и отрицательных зарядов. Когда два материала находятся в контакте, электроны могут перемещаться от одного материала к другому, что оставляет избыток положительного заряда на одном материале и равный отрицательный заряд на другом. Когда материалы разделены, они сохраняют этот дисбаланс заряда.
Контактное разделение заряда
Пенополистирол прилипает к кошачьей шерсти из-за статического электричества. трибоэлектрический эффект вызывает накопление электростатического заряда на шерсти из-за движения кошки. электрическое поле заряда вызывает поляризацию молекул пенополистирола из-за электростатической индукции, что приводит к небольшому притяжению легких пластиковых частей к заряженному меху. Этот эффект также является причиной статического сцепления в одежде. При контакте между материалами может происходить обмен электронами; материалы со слабосвязанными электронами имеют тенденцию терять их, в то время как материалы с редко заполненными внешними оболочками имеют тенденцию их приобретать. Это известно как трибоэлектрический эффект и приводит к тому, что один материал заряжается положительно, а другой - отрицательно. Полярность и сила заряда на материале после их разделения зависит от их относительного положения в трибоэлектрическом ряду . Трибоэлектрический эффект является основной причиной статического электричества, наблюдаемого в повседневной жизни и в обычных школьных научных демонстрациях, включающих трение различных материалов друг о друга (например, мех об акриловый стержень). Разделение зарядов, вызванное контактом, заставляет ваши волосы встать дыбом и вызывает «статическое прилипание » (например, воздушный шар, тертый о волосы, становится отрицательно заряженным; когда он приближается к стене, заряженный воздушный шар притягивается к положительно заряженному частицы в стене и могут «цепляться» за нее, как будто подвешенные против силы тяжести).
Разделение заряда под давлением
Приложенное механическое напряжение вызывает разделение заряда в определенных типах молекул кристаллов и керамики.
Разделение зарядов, вызванное нагревом.
Нагревание вызывает разделение зарядов в атомах или молекулах определенных материалов. Все пироэлектрические материалы также являются пьезоэлектрическими. Атомные или молекулярные свойства реакции на нагрев и давление тесно связаны.
Разделение заряда, вызванное зарядом
Заряженный объект, поднесенный близко к электрически нейтральному объекту, вызывает разделение заряда внутри нейтрального объекта. Заряды одной полярности отталкиваются, а заряды противоположной полярности притягиваются. Поскольку сила из-за взаимодействия электрических зарядов быстро спадает с увеличением расстояния, влияние более близких (противоположной полярности) зарядов больше, и два объекта ощущают силу притяжения. Эффект наиболее выражен, когда нейтральный объект представляет собой электрический проводник, поскольку заряды более свободно перемещаются. Тщательное заземление части объекта с индуцированным зарядом может постоянно добавлять или удалять электроны, оставляя объект с глобальным постоянным зарядом. Этот процесс является неотъемлемой частью работы генератора Ван де Граафа, устройства, обычно используемого для демонстрации эффектов статического электричества.
A сетевой карты внутри антистатического пакета.
антистатический браслет с зажимом «крокодил».Удаление или предотвращение Накопление статического заряда может быть таким же простым, как открытие окна или использование увлажнителя для увеличения содержания влаги в воздухе, что делает атмосферу более проводящей. Ионизаторы воздуха могут выполнять ту же задачу.
Элементы, которые особенно чувствительны к статическому разряду, можно обработать с помощью антистатика, который добавляет проводящий поверхностный слой, который обеспечивает равномерное распределение любого избыточного заряда. смягчители ткани и сушилки, используемые в стиральных машинах и сушилках для одежды, являются примером антистатического агента, используемого для предотвращения и устранения статического прилипания.
Многие полупроводниковые устройства, используемые в электронике, особенно чувствительны к статическому разряду. Проводящие антистатические пакеты обычно используются для защиты таких компонентов. Люди, работающие с цепями, содержащими эти устройства, часто заземляют себя с помощью токопроводящей антистатической ленты.
В промышленных условиях, например, на малярных или мукомольных заводах, а также в больницах иногда используются антистатические защитные ботинки. используется для предотвращения накопления статического заряда из-за контакта с полом. Эта обувь имеет подошву с хорошей проводимостью. Не следует путать антистатическую обувь с изолирующей, которая дает прямо противоположное преимущество - некоторую защиту от серьезных ударов электрическим током от напряжения сети.
Искра, связанная со статическим электричеством, вызывается электростатическим разрядом или просто статическим разрядом, поскольку избыточный заряд нейтрализуется потоком зарядов из окружающей среды или в нее.
Ощущение поражения электрическим током возникает из-за раздражения нервов, когда нейтрализующий ток проходит через человеческое тело. Энергия, накопленная в виде статического электричества на объекте, изменяется в зависимости от размера объекта и его емкости, напряжения, до которого он заряжен, и диэлектрической постоянной окружающей среды. Для моделирования воздействия статического разряда на чувствительные электронные устройства человек представлен в виде конденсатора 100 пикофарад, заряженного до напряжения от 4000 до 35000 вольт. При прикосновении к объекту эта энергия разряжается менее чем за микросекунду. Хотя общая энергия мала, порядка миллиджоулей, она все же может повредить чувствительные электронные устройства. Более крупные объекты будут накапливать больше энергии, что может быть непосредственно опасным для контакта с человеком или может вызвать искру, способную воспламенить горючий газ или пыль.
Естественный статический разряд Молния является ярким естественным примером статического разряда. Хотя детали неясны и остаются предметом споров, считается, что начальное разделение зарядов связано с контактом между частицами льда внутри грозовых облаков. Как правило, значительное накопление заряда может сохраняться только в областях с низкой электропроводностью (очень мало зарядов свободно перемещается в окружающей среде), поэтому поток нейтрализующих зарядов часто возникает в результате разрыва нейтральных атомов и молекул в воздухе с образованием отдельных положительных и отрицательные заряды, которые движутся в противоположных направлениях как электрический ток, нейтрализуя первоначальное накопление заряда. Статический заряд в воздухе обычно разрушается таким образом при напряжении около 10 000 в на сантиметр (10 кВ / см) в зависимости от влажности. Разряд перегревает окружающий воздух, вызывая яркую вспышку, и производит ударную волну, вызывающую щелкающий звук. Молния - это просто увеличенная версия искр, наблюдаемых в большинстве случаев статического разряда в быту. Вспышка возникает из-за того, что воздух в разрядном канале нагревается до такой высокой температуры, что излучает свет за счет накаливания. Удар грома является результатом ударной волны, создаваемой взрывным расширением перегретого воздуха.
Многие полупроводниковые устройства, используемые в электронике, очень чувствительны к присутствию статического электричества и могут быть повреждены статическим разрядом. Использование антистатического ремешка обязательно для исследователей, манипулирующих наноустройствами. Можно принять дополнительные меры предосторожности, сняв обувь с толстой резиновой подошвой и постоянно оставаясь на металлической поверхности.
Статическое электричество представляет собой серьезную опасность при дозаправке самолетов. Разряд статического электричества может создавать серьезные опасности в тех отраслях, которые имеют дело с горючими веществами, где Небольшая электрическая искра может воспламенить взрывоопасные смеси.
Текущее движение тонкоизмельченных веществ или жидкостей с низкой проводимостью в трубах или при механическом перемешивании может привести к накоплению статического электричества. Поток гранул материала, таких как песок, по пластиковому желобу может переносить заряд, который можно легко измерить с помощью мультиметра, подключенного к металлической фольге, покрывающей желоб через определенные промежутки, и может быть примерно пропорционален потоку твердых частиц. Пылевые облака из мелкодисперсных веществ могут стать горючими или взрывоопасными. Когда есть статический разряд в облаке пыли или пара, произошли взрывы. Среди крупных промышленных происшествий: силос для зерна на юго-западе Франции, лакокрасочный завод в Таиланде, завод по производству формованных изделий из стекловолокна в Канаде, взрыв резервуара для хранения в Гленпул, Оклахома, в 2003 г., и операция по наполнению переносных цистерн и резервуарный парк в Де-Мойн, Айова, и Вэлли-центр, Канзас в 2007 г.
Способность жидкости сохранять электростатический заряд зависит от ее электропроводности. Когда жидкости с низкой проводимостью протекают по трубопроводам или механически перемешиваются, происходит контактное разделение заряда, называемое электризацией потока . Жидкости с низкой электропроводностью (ниже 50 пикосименс на метр) называются аккумуляторами. Жидкости с проводимостью выше 50 пСм / м называются неаккумуляционными. В неаккумуляторных батареях заряды рекомбинируют так же быстро, как и разделяются, и, следовательно, накопление электростатического заряда не имеет значения. В нефтехимической промышленности 50 пСм / м - рекомендованное минимальное значение электропроводности для адекватного удаления заряда из жидкости.
Керосины могут иметь проводимость в диапазоне от менее 1 пикосименса на метр до 20 пСм / м. Для сравнения, деионизированная вода имеет проводимость около 10 000 000 пСм / м или 10 мкСм / м.
Трансформаторное масло является частью системы электрической изоляции больших трансформаторов и других электрических устройств. Повторное заполнение большого оборудования требует мер предосторожности против электростатического заряда жидкости, который может повредить чувствительную изоляцию трансформатора.
Важным понятием для изоляции жидкостей является время статической релаксации. Это аналогично постоянной времени τ (тау) в RC-цепи . Для изоляционных материалов это отношение статической диэлектрической постоянной к удельной электропроводности материала. Для углеводородных жидкостей это иногда приблизительно определяется путем деления числа 18 на электропроводность жидкости. Таким образом, жидкость с электропроводностью 1 пСм / м имеет расчетное время релаксации около 18 секунд. Избыточный заряд в жидкости почти полностью рассеивается по истечении времени релаксации в четыре-пять раз, или 90 секунд для жидкости в приведенном выше примере.
Образование заряда увеличивается при более высоких скоростях жидкости и большем диаметре трубы, становясь весьма значительным в трубах 8 дюймов (200 мм) или больше. Генерация статического заряда в этих системах лучше всего контролируется ограничением скорости жидкости. Британский стандарт BS PD CLC / TR 50404: 2003 (ранее BS-5958-Часть 2) Свод правил по контролю нежелательного статического электричества предписывает пределы скорости потока в трубе. Поскольку содержание воды оказывает большое влияние на диэлектрическую проницаемость жидкости, рекомендуемая скорость для углеводородных жидкостей, содержащих воду, должна быть ограничена до 1 метра в секунду.
Соединение и заземление - это обычные способы предотвращения накопления заряда. Для жидкостей с удельной электропроводностью ниже 10 пСм / м связывание и заземление недостаточно для рассеивания заряда, и могут потребоваться антистатические добавки.
Текущее движение горючих жидкостей как бензин внутри трубы, может накапливать статическое электричество. Неполярные жидкости, такие как бензин, толуол, ксилол, дизельное топливо, керосин и легкий сырая нефть проявляет значительную способность к накоплению заряда и удержанию заряда во время высокоскоростного потока. Электростатические разряды могут воспламенить пары топлива. Когда энергия электростатического разряда достаточно высока, он может воспламенить смесь паров топлива и воздуха. Различные виды топлива имеют разные пределы воспламеняемости и требуют разного уровня энергии электростатического разряда для воспламенения.
Электростатический разряд при заправке бензином представляет реальную опасность на заправочных станциях. Также возникли пожары в аэропортах при заправке самолетов керосином. Новые технологии заземления, использование проводящих материалов и добавление антистатических добавок помогают предотвратить или безопасно рассеять накопление статического электричества.
Одно только движение газов в трубах создает небольшое статическое электричество, если оно вообще есть. Предполагается, что механизм генерации заряда возникает только тогда, когда твердые частицы или капли жидкости переносятся в потоке газа.
Из-за чрезвычайно низкой влажности во внеземной среде могут накапливаться очень большие статические заряды, что создает серьезную опасность для сложной электроники, используемой в космических аппаратах. Статическое электричество считается особой опасностью для космонавтов, выполняющих запланированные миссии на Луну и Марс. Ходьба по чрезвычайно сухой местности может привести к накоплению значительного количества заряда; вытягивание, чтобы открыть воздушный шлюз по возвращении, может вызвать сильный статический разряд, потенциально повреждающий чувствительную электронику.
Озоновое растрескивание натуральный каучук трубки Статический разряд в присутствии воздуха или кислорода может образовывать озон. Озон может разрушить резиновые детали. Многие эластомеры чувствительны к растрескиванию озоном. Воздействие озона приводит к возникновению глубоких проникающих трещин в таких важных компонентах, как прокладки и уплотнительные кольца. Топливопроводы также подвержены проблеме, если не будут приняты профилактические меры. Профилактические меры включают добавление в резиновую смесь антиозонантов или использование озоностойкого эластомера. Пожары из-за треснувших топливных магистралей были проблемой для транспортных средств, особенно в моторных отсеках, где электрооборудование может вырабатывать озон.
Энергия, выделяемая при разряде статического электричества, может варьироваться в широком диапазоне. Энергию в джоулях можно рассчитать из емкости (C) объекта и статического потенциала V в вольтах (V) по формуле E = ½CV. Один экспериментатор оценивает емкость человеческого тела в 400 пикофарад, а разряд в 50 000 вольт, например, разряженный. при прикосновении к заряженному автомобилю возникает искра с энергией 500 миллиджоулей. Другая оценка составляет 100–300 пФ и 20 000 вольт, что дает максимальную энергию 60 мДж. -2: 1987 заявляет, что разряд с энергией более 5000 мДж представляет собой прямую серьезную опасность для здоровья человека. IEC 60065 утверждает, что потребительские товары не могут разряжать человека более 350 мДж.
Максимальный потенциал ограничен примерно 35–40 кВ из-за коронного разряда, рассеивающего заряд при более высоких потенциалах. Потенциалы ниже 3000 вольт обычно не обнаруживаются людьми. Максимальный потенциал, обычно достигаемый на теле человека, находится в диапазоне от 1 до 10 кВ, хотя в оптимальных условиях может быть достигнуто до 20-25 кВ. Низкая относительная влажность увеличивает накопление заряда; ходьба 20 футов (6 м) по виниловому полу при относительной влажности 15% вызывает повышение напряжения до 12 кВ, в то время как при влажности 80% напряжение составляет всего 1,5 кВ.
Всего 0,2 миллиджоулей может вызвать опасность возгорания; такая низкая энергия искры часто ниже порога зрительного и слухового восприятия человека.
Типичные энергии воспламенения:
Энергия, необходимая для повреждения большинства электронных устройств, составляет от 2 до 1000 наноджоулей.
Относительно небольшая энергия, часто совсем небольшая 0,2–2 миллиджоуля, необходимо для воспламенения горючей смеси топлива и воздуха. Для обычных промышленных углеводородных газов и растворителей минимальная энергия воспламенения, необходимая для воспламенения паровоздушной смеси, является самой низкой для концентрации пара примерно посередине между нижним пределом взрываемости и верхний предел взрываемости, и быстро увеличивается, когда концентрация отклоняется от этого оптимума в любую сторону. Аэрозоли легковоспламеняющихся жидкостей могут воспламениться при температуре значительно ниже их точки вспышки. Как правило, жидкие аэрозоли с размером частиц менее 10 микрометров ведут себя как пары, а частицы размером более 40 микрометров ведут себя больше как легковоспламеняющаяся пыль. Типичные минимальные воспламеняющиеся концентрации аэрозолей составляют от 15 до 50 г / м 2. Точно так же наличие пены на поверхности легковоспламеняющейся жидкости значительно увеличивает воспламеняемость. Также может загореться аэрозоль горючей пыли, что приведет к взрыву пыли ; нижний предел взрываемости обычно составляет от 50 до 1000 г / м3; Более мелкая пыль имеет тенденцию быть более взрывоопасной и требует меньше энергии искры для зажигания. Одновременное присутствие горючих паров и горючей пыли может значительно снизить энергию воспламенения; всего 1 об.% пропана в воздухе может снизить требуемую энергию воспламенения пыли в 100 раз. Содержание кислорода в атмосфере выше нормы также значительно снижает энергию воспламенения.
Существует пять типов электрических разрядов :
Статическое электричество обычно используется в ксерографии, воздушные фильтры (особенно электрофильтры ), распылители краски, порошковые испытания.
Словарь определения статического электричества в Викисловаре