Στατικός ηλεκτρισμός—τι είναι, πώς παράγεται και τα προβλήματα που σχετίζονται με αυτόν

Τι είναι ο στατικός ηλεκτρισμός

Ο στατικός ηλεκτρισμός εμφανίζεται όταν διαταράσσεται η ενδοατομική ή ενδομοριακή ισορροπία λόγω της αύξησης ή της απώλειας ενός ηλεκτρονίου. Κανονικά, ένα άτομο βρίσκεται σε ισορροπία λόγω του ίδιου αριθμού θετικών και αρνητικών σωματιδίων—πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια μπορούν εύκολα να μετακινηθούν από το ένα άτομο στο άλλο. Ταυτόχρονα, σχηματίζουν θετικά (όπου δεν υπάρχει ηλεκτρόνιο) ή αρνητικά (ένα μόνο ηλεκτρόνιο ή ένα άτομο με ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο) ιόντα. Όταν παρουσιαστεί αυτή η ανισορροπία, παράγεται στατικός ηλεκτρισμός.

Για περισσότερες λεπτομέρειες δείτε εδώ: Σχετικά με τον στατικό ηλεκτρισμό σε εικόνες

Ηλεκτρικό φορτίο σε ηλεκτρόνιο — ( -) 1,6 x 10-19 μενταγιόν. Ένα πρωτόνιο με το ίδιο φορτίο έχει θετική πολικότητα. Το στατικό φορτίο σε κουλόμπ είναι ευθέως ανάλογο με την περίσσεια ή την ανεπάρκεια ηλεκτρονίων, δηλ. τον αριθμό των ασταθών ιόντων.

Το μενταγιόν είναι η βασική μονάδα στατικού φορτίου, η οποία ορίζει την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από τη διατομή ενός σύρματος σε 1 δευτερόλεπτο στο 1 αμπέρ.

Ένα θετικό ιόν δεν έχει ένα ηλεκτρόνιο, επομένως, μπορεί εύκολα να δεχτεί ένα ηλεκτρόνιο από ένα αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο. Ένα αρνητικό ιόν, με τη σειρά του, μπορεί να είναι είτε ένα απλό ηλεκτρόνιο είτε ένα άτομο/μόριο με μεγάλο αριθμό ηλεκτρονίων. Και στις δύο περιπτώσεις, υπάρχει ένα ηλεκτρόνιο που μπορεί να εξουδετερώσει το θετικό φορτίο.

Πώς παράγεται ο στατικός ηλεκτρισμός

Οι κύριες αιτίες του στατικού ηλεκτρισμού:

• Επαφή δύο υλικών και διαχωρισμός τους μεταξύ τους (συμπεριλαμβανομένου του τρίψιμο, κύλιση / ξετύλιγμα κ.λπ.).

• Γρήγορη πτώση της θερμοκρασίας (για παράδειγμα, όταν το υλικό τοποθετείται στο φούρνο).

• Ακτινοβολία υψηλής ενέργειας, υπεριώδης ακτινοβολία, ακτίνες Χ, ισχυρά ηλεκτρικά πεδία (δεν είναι συνηθισμένα σε βιομηχανικές εφαρμογές).

• Εργασίες κοπής (π.χ. σε μηχανές κοπής ή σε μηχανές κοπής χαρτιού).

• Εγχειρίδιο (Generated Static Electricity).

Η επιφανειακή επαφή και ο διαχωρισμός των υλικών είναι πιθανώς οι πιο κοινές αιτίες στατικού ηλεκτρισμού στη βιομηχανία μεμβρανών και πλαστικών φύλλων. Το στατικό φορτίο δημιουργείται κατά το ξετύλιγμα / επανατύλιξη υλικών ή την κίνηση διαφορετικών στρωμάτων υλικών μεταξύ τους.

Αυτή η διαδικασία δεν είναι απολύτως σαφής, αλλά η πιο αληθινή εξήγηση για την εμφάνιση του στατικού ηλεκτρισμού σε αυτήν την περίπτωση μπορεί να ληφθεί κατ' αναλογία με έναν επίπεδο πυκνωτή, στον οποίο η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια όταν οι πλάκες χωρίζονται:

Προκύπτουσα τάση = αρχική τάση x (τελική απόσταση πλάκας / αρχική απόσταση πλάκας).

Όταν η συνθετική μεμβράνη αγγίζει τον κύλινδρο τροφοδοσίας / πρόσληψης, ένα ελαφρύ φορτίο που ρέει από το υλικό στον κύλινδρο προκαλεί ανισορροπία. Καθώς το υλικό ξεπερνά την περιοχή επαφής με τον άξονα, η τάση αυξάνεται με τον ίδιο τρόπο όπως στην περίπτωση του τις πλάκες πυκνωτών τη στιγμή του διαχωρισμού τους.

Η πρακτική δείχνει ότι το πλάτος της προκύπτουσας τάσης είναι περιορισμένο λόγω της ηλεκτρικής διάσπασης που συμβαίνει στο διάκενο μεταξύ γειτονικών υλικών, της αγωγιμότητας της επιφάνειας και άλλων παραγόντων. Στην έξοδο της ταινίας από την περιοχή επαφής, μπορείτε συχνά να ακούσετε ένα ελαφρύ τρίξιμο ή να παρατηρήσετε σπινθήρες. Αυτό συμβαίνει τη στιγμή που το στατικό φορτίο φτάνει σε μια τιμή επαρκή για να διασπάσει τον περιβάλλοντα αέρα.

Πριν από την επαφή με το ρολό, το συνθετικό φιλμ είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, αλλά κατά τη διαδικασία κίνησης και επαφής με τις επιφάνειες τροφοδοσίας, μια ροή ηλεκτρονίων κατευθύνεται στο φιλμ και το φορτίζει με αρνητικό φορτίο. Εάν ο άξονας είναι μεταλλικός και γειωμένος, το θετικό του φορτίο θα αποστραγγιστεί γρήγορα.

Ο περισσότερος εξοπλισμός έχει πολλούς άξονες, επομένως η ποσότητα φόρτισης και η πολικότητα του μπορούν να αλλάζουν συχνά. Ο καλύτερος τρόπος για να ελέγξετε το στατικό φορτίο είναι να το μετρήσετε με ακρίβεια στην περιοχή ακριβώς μπροστά από την προβληματική περιοχή. Εάν η φόρτιση εξουδετερωθεί πολύ νωρίς, μπορεί να ανακάμψει πριν το φιλμ φτάσει σε αυτήν την προβληματική περιοχή.

Εάν το αντικείμενο έχει τη δυνατότητα να αποθηκεύσει σημαντικό φορτίο και εάν υπάρχει υψηλή τάση, ο στατικός ηλεκτρισμός θα προκαλέσει σοβαρά προβλήματα όπως τόξο, ηλεκτροστατική απώθηση / έλξη ή ηλεκτροπληξία στο προσωπικό.

Φορτίστε την πολικότητα

Το στατικό φορτίο μπορεί να είναι θετικό ή αρνητικό.Για συνεχές ρεύμα (AC) και παθητικούς περιοριστές (βούρτσες), η πολικότητα φόρτισης συνήθως δεν είναι σημαντική.

Προβλήματα στατικού ηλεκτρισμού

Στατική εκφόρτιση στα ηλεκτρονικά

Είναι απαραίτητο να δοθεί προσοχή σε αυτό το πρόβλημα, όπως συμβαίνει συχνά όταν εργάζεστε με ηλεκτρονικά μπλοκ και εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται σε σύγχρονες συσκευές ελέγχου και μέτρησης.

Στα ηλεκτρονικά, ο κύριος κίνδυνος που σχετίζεται με τον στατικό ηλεκτρισμό προέρχεται από το άτομο που φέρει το φορτίο και δεν πρέπει να αγνοηθεί. Το ρεύμα εκφόρτισης παράγει θερμότητα, η οποία οδηγεί σε σπασμένες συνδέσεις, σπασμένες επαφές και σπασμένα ίχνη μικροκυκλώματος. Η υψηλή τάση καταστρέφει επίσης το λεπτό φιλμ οξειδίου στα τρανζίστορ εφέ πεδίου και σε άλλα επικαλυμμένα στοιχεία.

Συχνά, τα εξαρτήματα δεν αποτυγχάνουν εντελώς, κάτι που μπορεί να θεωρηθεί ακόμη πιο επικίνδυνο, καθώς η δυσλειτουργία δεν εμφανίζεται αμέσως, αλλά σε μια απρόβλεπτη στιγμή κατά τη λειτουργία της συσκευής.

Κατά γενικό κανόνα, όταν εργάζεστε με εξαρτήματα και συσκευές ευαίσθητα στα στατικά, θα πρέπει πάντα να λαμβάνετε μέτρα για να εξουδετερώσετε το συσσωρευμένο φορτίο στο σώμα σας.

Ηλεκτροστατική έλξη / απώθηση

Αυτό είναι ίσως το πιο κοινό πρόβλημα στις βιομηχανίες πλαστικών, χαρτιού, κλωστοϋφαντουργίας και συναφών βιομηχανιών. Εκδηλώνεται στο γεγονός ότι τα υλικά αλλάζουν ανεξάρτητα τη συμπεριφορά τους - κολλούν μεταξύ τους ή, αντίθετα, απωθούν, κολλάνε στον εξοπλισμό, προσελκύουν σκόνη, ακανόνιστο άνεμο στη συσκευή λήψης κ.λπ.

Η έλξη / απώθηση συμβαίνει σύμφωνα με το νόμο του Coulomb, ο οποίος βασίζεται στην αρχή του αντίθετου του τετραγώνου. Στην απλούστερη μορφή του, εκφράζεται ως εξής:

Η δύναμη έλξης ή απώθησης (σε Newton) = Φορτίο (Α) x Φορτίο (Β) / (Απόσταση μεταξύ αντικειμένων 2 (σε μέτρα)).

Επομένως, η ένταση αυτού του φαινομένου σχετίζεται άμεσα με το πλάτος του στατικού φορτίου και την απόσταση μεταξύ ελκυστικών ή απωθητικών αντικειμένων. Η έλξη και η απώθηση συμβαίνουν προς την κατεύθυνση των γραμμών ηλεκτρικού πεδίου.

Αν δύο φορτία έχουν την ίδια πολικότητα, απωθούν. αν το αντίθετο, ελκύουν ο ένας τον άλλον. Εάν ένα από τα αντικείμενα φορτιστεί, θα προκαλέσει μια έλξη, δημιουργώντας μια κατοπτρική εικόνα του φορτίου σε ουδέτερα αντικείμενα.

Κίνδυνος πυρκαγιάς

Ο κίνδυνος πυρκαγιάς δεν είναι κοινό πρόβλημα για όλους τους κλάδους. Αλλά η πιθανότητα πυρκαγιάς είναι πολύ υψηλή σε εκτυπώσεις και σε άλλες επιχειρήσεις που χρησιμοποιούν εύφλεκτους διαλύτες.

Σε επικίνδυνες περιοχές, οι πιο κοινές πηγές ανάφλεξης είναι μη γειωμένος εξοπλισμός και κινούμενα καλώδια. Εάν ένας χειριστής σε μια επικίνδυνη περιοχή φοράει αθλητικά παπούτσια ή παπούτσια με μη αγώγιμες σόλες, υπάρχει κίνδυνος το σώμα του να δημιουργήσει ένα φορτίο που μπορεί να προκαλέσει ανάφλεξη διαλυτών. Τα μη γειωμένα αγώγιμα μέρη του μηχανήματος είναι επίσης επικίνδυνα. Όλα στη ζώνη κινδύνου πρέπει να είναι σωστά γειωμένα.

Οι ακόλουθες πληροφορίες παρέχουν μια σύντομη εξήγηση του δυναμικού ανάφλεξης του στατικού ηλεκτρισμού σε εύφλεκτα περιβάλλοντα. Είναι σημαντικό οι άπειροι έμποροι να γνωρίζουν εκ των προτέρων τους τύπους εξοπλισμού, προκειμένου να αποφευχθούν λάθη στην επιλογή συσκευών για χρήση σε τέτοιες συνθήκες.

Η ικανότητα μιας εκκένωσης να προκαλέσει πυρκαγιά εξαρτάται από πολλές μεταβλητές:

• τύπος διάθεσης·

• ισχύς εκφόρτισης?

• πηγή εκκένωσης?

• ενέργεια εκφόρτισης?

• η παρουσία εύφλεκτου περιβάλλοντος (διαλύτες στην αέρια φάση, σκόνη ή εύφλεκτα υγρά).

• ελάχιστη ενέργεια ανάφλεξης (MEW) ενός εύφλεκτου μέσου.

Τύποι απόρριψης

Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι—βούρτσες σπινθήρα, βούρτσας και ολίσθησης. Σε αυτή την περίπτωση, η στεφανιαία έκκριση δεν λαμβάνεται υπόψη, καθώς δεν είναι πολύ ενεργητική και συμβαίνει αρκετά αργά. Η εκκένωση κορωνοϊού είναι γενικά αβλαβής και θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη μόνο σε περιοχές με πολύ υψηλό κίνδυνο πυρκαγιάς και έκρηξης.

Μια ειλικρινής απαλλαγή

Προέρχεται κυρίως από ένα μέτρια αγώγιμο, ηλεκτρικά μονωμένο αντικείμενο. Μπορεί να είναι ένα ανθρώπινο σώμα, ένα μέρος μιας μηχανής ή ένα εργαλείο. Υποτίθεται ότι όλη η ενέργεια του φορτίου διαχέεται τη στιγμή του σπινθήρα. Εάν η ενέργεια είναι μεγαλύτερη από το MEW του ατμού του διαλύτη, μπορεί να προκληθεί ανάφλεξη.

Η ενέργεια του σπινθήρα υπολογίζεται ως εξής: E (σε Joules) = ½ C U2.

Εκκρίσεις από τα χέρια

Η εκκένωση βούρτσας συμβαίνει όταν αιχμηρά κομμάτια εξοπλισμού συγκεντρώνουν το φορτίο στις επιφάνειες διηλεκτρικών υλικών των οποίων οι μονωτικές ιδιότητες προκαλούν τη συσσώρευσή του. Μια εκκένωση βούρτσας έχει χαμηλότερη ενέργεια από την εκκένωση σπινθήρα και επομένως παρουσιάζει λιγότερο κίνδυνο ανάφλεξης.

Απλώνουμε με συρόμενο πινέλο

Ο ψεκασμός με συρόμενη βούρτσα γίνεται σε φύλλα ή ρολά από συνθετικά υλικά υψηλής ειδικής αντίστασης με αυξημένη πυκνότητα φόρτισης και διαφορετικές πολικότητες φόρτισης σε κάθε πλευρά του ιστού. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να προκληθεί από το τρίψιμο ή τον ψεκασμό της επικάλυψης πούδρας. Το αποτέλεσμα είναι συγκρίσιμο με την εκφόρτιση ενός επίπεδου πυκνωτή και μπορεί να είναι εξίσου επικίνδυνο με μια εκφόρτιση σπινθήρα.

Πηγή δύναμης και ενέργειας

Το μέγεθος και η γεωμετρία της κατανομής του φορτίου είναι σημαντικοί παράγοντες. Όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος του σώματος, τόσο περισσότερη ενέργεια περιέχει. Οι έντονες γωνίες αυξάνουν την ένταση του πεδίου και διατηρούν τις εκκενώσεις.

Ισχύς εκφόρτισης

Αν ένα αντικείμενο με ενέργεια δεν συμπεριφέρεται καλά ηλεκτρική ενέργειαπ.χ. ένα ανθρώπινο σώμα, η αντίσταση του αντικειμένου θα αποδυναμώσει την εκτίναξη και θα μειώσει τον κίνδυνο. Για το ανθρώπινο σώμα, υπάρχει ένας βασικός κανόνας: υποθέστε ότι όλοι οι διαλύτες με εσωτερική ελάχιστη ενέργεια ανάφλεξης μικρότερη από 100 mJ μπορούν να αναφλεγούν, παρά το γεγονός ότι η ενέργεια που περιέχεται στο σώμα μπορεί να είναι 2 έως 3 φορές υψηλή.

Ελάχιστη ενέργεια ανάφλεξης MEW

Η ελάχιστη ενέργεια ανάφλεξης των διαλυτών και η συγκέντρωσή τους στην επικίνδυνη περιοχή είναι πολύ σημαντικοί παράγοντες. Εάν η ελάχιστη ενέργεια ανάφλεξης είναι χαμηλότερη από την ενέργεια εκφόρτισης, υπάρχει κίνδυνος πυρκαγιάς.

Ηλεκτροπληξία

Όλο και περισσότερη προσοχή δίνεται στο ζήτημα του κινδύνου στατικού σοκ σε μια βιομηχανική επιχείρηση. Αυτό οφείλεται στη σημαντική αύξηση των απαιτήσεων για την υγεία και την ασφάλεια στην εργασία.

Ένα ηλεκτροπληξία που προκαλείται από στατικό ηλεκτρισμό γενικά δεν είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο. Είναι απλώς δυσάρεστο και συχνά προκαλεί σοβαρές αντιδράσεις.

Υπάρχουν δύο κοινές αιτίες στατικού σοκ:

Προκαλούμενη χρέωση

Εάν ένα άτομο βρίσκεται σε ηλεκτρικό πεδίο και κρατά ένα φορτισμένο αντικείμενο, όπως ένα καρούλι μεμβράνης, είναι πιθανό το σώμα του να φορτιστεί.

Η χρέωση παραμένει στο σώμα του χειριστή εάν φοράει παπούτσια με μονωτικές σόλες μέχρι να αγγίξει τον γειωμένο εξοπλισμό. Το φορτίο ρέει κάτω στο έδαφος και χτυπά το άτομο. Αυτό συμβαίνει επίσης όταν ο χειριστής αγγίζει φορτισμένα αντικείμενα ή υλικά — λόγω των μονωτικών παπουτσιών, το φορτίο συσσωρεύεται στο σώμα. Όταν ο χειριστής αγγίξει τα μεταλλικά μέρη του εξοπλισμού, το φορτίο μπορεί να αποφορτιστεί και να προκαλέσει ηλεκτροπληξία.

Όταν οι άνθρωποι περπατούν σε συνθετικά χαλιά, παράγεται στατικός ηλεκτρισμός από την επαφή μεταξύ του χαλιού και των παπουτσιών. Τα ηλεκτροσόκ που παθαίνουν οι οδηγοί όταν βγαίνουν από το αυτοκίνητό τους προκαλούνται από ένα φορτίο που δημιουργείται μεταξύ του καθίσματος και των ρούχων τους όταν σηκώνονται. Η λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι να αγγίξετε ένα μεταλλικό μέρος του αυτοκινήτου, όπως ένα πλαίσιο πόρτας, πριν το σηκώσετε από το κάθισμα. Αυτό επιτρέπει στο φορτίο να αποστραγγίζεται με ασφάλεια στο έδαφος μέσω του αμαξώματος και των ελαστικών του οχήματος.

Ηλεκτροπληξία που προκαλείται από τον εξοπλισμό

Μια τέτοια ηλεκτροπληξία είναι δυνατή, αν και συμβαίνει πολύ λιγότερο συχνά από τη ζημιά που προκαλείται από το υλικό.

Εάν το καρούλι τύλιξης έχει σημαντική φόρτιση, συμβαίνει τα δάχτυλα του χειριστή να συγκεντρώνουν τη φόρτιση σε τέτοιο βαθμό ώστε να φτάσει στο σημείο θραύσης και να συμβεί εκφόρτιση. Επίσης, εάν ένα μη γειωμένο μεταλλικό αντικείμενο βρίσκεται σε ηλεκτρικό πεδίο, μπορεί να φορτιστεί με ένα επαγόμενο φορτίο. Εφόσον ένα μεταλλικό αντικείμενο είναι αγώγιμο, η κινητή φόρτιση θα εκφορτιστεί στο άτομο που αγγίζει το αντικείμενο.