Что такое статическое электричество и как от него защититься

Что такое статическое электричество?

О существовании электричества было известно еще несколько тысяч лет назад, когда древнегреческий философ и математик Фалес Милетский был первым, кто смог подробно описать проявления статического заряда. Вместе с тем, лишь только современные исследователи, работающие на наноуровне, сделали огромный шаг вперед в поисках понимания того, почему трение двух поверхностей друг о друга может привести к возникновению тока.

Независимо от того, насколько гладко может выглядеть та или иная поверхность, при определенном приближении даже на самой гладкой структуре можно заметить неровности и шероховатости. Каждая поверхность, от воздушных шариков до волокон, таких как шерсть или волосы, покрыта микроскопическими ямами, которые и несут ответственность за возникновение статического электричества. Кристофер Миззи, докторант в области материаловедения и инженерии в Северо-Западном университете штата Иллинойс, доказывает, что абсолютно все объекты во Вселенной можно сравнить с нашей планетой, которая хотя и кажется абсолютно гладким голубым шаром из космоса, в действительности представляет собой место с крайне разнообразным ландшафтом.

Согласно статье, опубликованной на портале livescience.com, именно наличие шероховатостей, элементов “ландшафта” материала вкупе с их активным взаимодействием друг с другом, создает при трении тот самый тип энергии, который в официальной науке называется трибоэлектричеством.

Статическое электричество — один из самых распространенных типов энергии в природе

Одним из наиболее необычных качеств статического электричества является легкость его производства при использовании материалов, ограничивающих электричество и известных человечеству в качестве изоляторов. Наиболее часто встречающимися изоляторами на Земле считаются резина, шерсть и волосы, которые не позволяют заряженным электронам продвигаться дальше, но подавляют их. Вместе с тем, статическое электричество возникает и тогда, когда резкости в изоляторах трутся друг о друга, создавая помехи для электронных облаков. Поскольку электроны в изоляторах не могут легко перемещаться, это трение может исказить электронные облака, деформируя их и придавая им асимметричную форму. Так, при некоторых обстоятельствах, полученная форма электронного облака может неравномерно распределить напряжение по всей поверхности материала. В повседневной жизни это явление может наглядно проявиться в случае, если вы решите пройтись в шерстяных носках по ковру. Трение материалов в данном случае заставит изгибаться шероховатости на обеих активных поверхностях, деформируя электронные облака и вызывая небольшую разницу в напряжении, которая может проявиться как раз тогда, когда вы дотронетесь до дверной ручки или до другого человека.

Если вам понравилась данная статья, приглашаем вас обсудить ее в нашем официальном чате в Telegram, где вас ждет еще больше полезных новостей из мира современной науки и техники.

Авторы исследования считают, что новообретенное понимание о работе статического электричества может способствовать развитию разработки нового вида полезной ткани, которая сможет производить энергию трения для подзарядки мобильных устройств и другой небольшой техники. Помимо этого, именно статическое электричество может помочь нам при создании безопасных производственных сред с лучшим устранением пожаров из-за наличия мелкодисперсной пыли в помещениях.

Появление и опасность статического электричества

Причиной электризации также может быть индукция. На металлической поверхности происходит появление электрического заряда с противоположным значением, плотность

которого равномерна во всех местах. Условия для возникновения данного явления могут быть самыми различными. Нередко причиной выступает перекачиваемая жидкость, движущаяся по трубопроводам или в виде падающей струи. Такой же эффект дают сжатые или сжиженные газы, работа ременных передач, измельчение и обработка органических и полимерных материалов.

Электризация диэлектрических материалов часто достигает разности потенциалов с высоким напряжением. Например, в процессе перекачивания бензина с помощью трубопровода с изолированным участком, электрические потенциалы могут колебаться на уровне от 1460 до 14600 вольт.

Серьезную опасность представляет накопление статического электричества. В таких случаях нередко проявляется сильный искровой разряд. Освобожденная энергия искры со значением в 0,01 Дж уже способна вызвать пожар и взрыв. Напряжение в 300 вольт приводит к воздушному искровому разряду. Предотвратить последствия электрических разрядов помогает принятие своевременных специальных мер.

Как снять статическое электричество

Учитывая негативные факторы данного явления, методы защиты от него волнуют умы многих ученых мирового сообщества.

С человека

Перед тем, как снять статическое электричество с человека желательно выявить причины его возникновения. Устранение данного эффекта сводится к банальному «заземлению». Для этого достаточно:

• прикоснуться к батарее отопления;
• на несколько секунд прижать ладони к земле;
• взять в руки металлический предмет и притронуться к чему-либо массивному, сделанному из токопроводящего материала.

Полностью избежать данного явления практически никогда не удается, но уменьшить вероятность его возникновения можно, если:

• исключить трение, контакт с подвижными телами, изолированными от земли и не имеющими выхода для сброса накопленного заряда;
• избегать нахождения в электрическом поле (возле работающих электроустановок, трансформаторов, линий ЛЭП);
• перейти на одежду и постельное белье из натуральных тканей;
• при касании с синтетическими предметами пользоваться перчатками из хлопчатобумажной ткани;
• отказаться от обуви на резиновой или другой, электроизолирующей подошве.

С волос

Не менее важным для людей становится вопрос, как снять статическое электричество с волос. Наэлектризованность является настоящим бедствием для тех, у кого локоны склонны к сухости. Снять заряд и сделать прическу поможет:

1. Плоская расческа из металла, дерева или, имеющая щетину из натуральных материалов. Синтетики способствуют накапливанию электрического заряда.
2. Мытье головы не чаще чем раз в два дня. Слишком чистые волосы лишены сальной защиты и более подвержены сухости, соответственно – наэлектризованности.
3. Кондиционер и сыворотка с эффектом увлажнения. Даже небольшое количество средства позволит сохранить в волосах влагу и избежать статического электричества.
4. Крем-антистатик.

При сушке обработке волос феном не стоит доводить их до полной сухости

С особой осторожностью нужно пользоваться лаками. Входящие в них полимеры могут притягивать электричество. Наэлектризованность волос легко устраняется с помощью небольшого количества воды или антистатической салфетки

Наэлектризованность волос легко устраняется с помощью небольшого количества воды или антистатической салфетки.

С одежды

Электрический заряд на предметах гардероба становится причиной дискомфорта и способствует притягиванию пыли. Избавиться от статического электричества на одежде можно:

• используя металлические плечики;
• вставляя в вещи английские булавки;
• проведя по изделью смоченной в воде ладонью;
• распыляя антистатики и специальные кондиционеры.

С предметов домашнего обихода

Наэлектризованность домашней утвари вызывает массу неудобств. Основными из них являются внезапные разряды и загрязнение интерьера. До того, как избавиться от статического электричества в квартире, необходимо присмотреться к правилам расстановки электробытовых приборов и обеспечить их заземление. Скопление электроники в одном месте способствует возникновению мощных электрических полей.

Главным сторонником накопления зарядов является сухой воздух и запыленность квартиры. Побороть это проявление помогает постоянные влажные уборки и принудительное поднятие влажности с помощью намоченных полотенец, емкостей с водой или специальных приборов.

Уменьшить наэлектризованность помогает комнатная декоративная растительность. Помимо снятия заряда она очищает воздух от токсинов и тяжелых металлов.

При проведении уборки квартиры, особое внимание следует уделять предметам, которые часто перемещаются и создают эффект трения. Чтобы уменьшить вероятность накопления электрических зарядов в квартире, следует компоновать интерьер из вещей, содержащих меньше синтетических материалов. Чтобы уменьшить вероятность накопления электрических зарядов в квартире, следует компоновать интерьер из вещей, содержащих меньше синтетических материалов

Чтобы уменьшить вероятность накопления электрических зарядов в квартире, следует компоновать интерьер из вещей, содержащих меньше синтетических материалов.

Вред и польза от статистического электричества

Статический заряд пытались использовать многие ученые и изобретатели. Создавались громоздкие агрегаты, польза от которых была низкой. Полезным оказалось открытие учеными коронного разряда. Он широко используется в промышленности. С помощью электростатического заряда красят сложные поверхности, очищают газы от примесей. Все это хорошо, но существуют и многочисленные проблемы. Электроудары бывают большой мощности. Они способны иногда поражать человека. Это случается и дома, и на рабочем месте.

Вред статического электричества проявляется в ударах разной мощности при снятии синтетического свитера, при выходе из автомобиля, включении и выключении кухонного комбайна и пылесоса, ноутбука и микроволновой печи. Эти удары могут оказаться вредными.

Возникает статическое электричество, которое сказывается на работе сердечно-сосудистой и нервной систем. От него следует защищаться. Сам человек тоже часто является переносчиком зарядов. При соприкосновении с поверхностями электроприборов происходит их электризация. Если это контрольно-измерительный прибор, дело может окончиться его поломкой.

Ток разряда, принесенного человеком, своим теплом разрушает соединения, разрывает дорожки микросхем, уничтожает пленку полевых транзисторов. В результате схема приходит в негодность. Чаще всего это происходит не сразу, а на любом этапе в процессе работы инструмента.

На предприятиях, обрабатывающих бумагу, пластмассу, текстиль, материалы часто ведут себя неправильно. Они склеиваются друг с другом, прилипают к различным видам оборудования, отталкиваются, собирают много пыли на себя, наматываются неправильно на катушки или бобины. Виной этого является возникновение статического электричества. Два одинаковых по полярности заряда отталкиваются друг от друга. Иные, один из которых заряжен положительно, а другой – отрицательно, притягиваются. Так же ведут себя и заряженные материалы.

На полиграфических предприятиях и в других местах, где используются в работе легковоспламеняющиеся растворители, возможно возникновение пожара. Это происходит в тех случаях, когда на операторе надета обувь с токонепроводящей подошвой, а оборудование не имеет правильного заземления. Способность возгорания зависит от следующих факторов:

• типа разряда;
• мощности разряда;
• источника статического разряда;
• энергии;
• наличия поблизости растворителей или других горючих жидкостей.

Разряды бывают искровыми, кистевыми, скользящими кистевыми. От человека исходит искровой разряд. Кистевой возникает на заостренных частях оборудования. Энергия его настолько мала, что он практически не вызывает угрозы пожара. Кистевой разряд скользящий возникает на листовых синтетических, а также на рулонных материалах с разными зарядами на каждой стороне полотна. Опасность он представляет такую же, как искровой разряд.

Поражающая способность – главный вопрос для специалистов по технике безопасности. Если человек держится за бобину и сам находится в зоне напряжения, его тело тоже зарядится. Для снятия заряда нужно обязательно прикоснуться к заземлению или к заземленному оборудованию. Только тогда заряд уйдет в землю. Но человек при этом получит сильный или слабый электрический удар. В результате происходят рефлекторные движения, которые иногда приводят к травме.

Длительное пребывание в заряженной зоне приводит к раздражительности человека, к снижению аппетита, ухудшению сна.

Пыль из производственного помещения удаляется с помощью вентиляции. Она скапливается в трубах и может воспламениться от статистического искрового разряда.

Защита от электростатики

Правила защиты от статики прописаны в некоторых нормативных документах. Главным образом это ГОСТ 12.4.124, полностью посвященный стандартам безопасности труда, в том числе и соответствующим защитным мерам. Также есть «Правила защиты от статики», разработанные для предприятий химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Защита от статики предполагает решение следующих задач:

• Предотвращение накопления статики на узлах оборудования, проводящих ток – это достигается путем заземления соответствующих устройств (не только самого оборудования и станков, но и коммуникаций – например, трубопроводов).
• Снижение электрического сопротивления материалов, подлежащих обработке.
• Уменьшение интенсивности заряда статики. Для этого необходимо подобрать такую скорость движения веществ, при которой исключается их разбрызгивание и дробление, а также распыление.
• Очистка жидкостей и газов от примесей – это также делается для снижения интенсивности заряда.
• Отвод заряда статики, который скапливается, на людей.

На предприятии должны быть устроены специальные заземленные зоны и рабочие площадки. Обязательно нужно позаботиться о заземлении дверных ручек и лестничных поручней, рукояток различного оборудования. Все операторы, работающие с такой техникой, должны быть снабжены спецодеждой.

Защита от статического электричества

В каждой организации в соответствующие технологические инструкции или инструкции по охране труда, видам работ и пожарной безопасности должны быть включены пункты по защите от статического электричества и эксплуатации устройства защиты от статического электричества.

Опасность действия статического электричества должна устраняться специальными мерами, которые создают утечку электростатических зарядов, предотвращающих накопление энергии заряда выше уровня 0,4 А/мин, или создают условия, исключающие возможность образования взрывоопасной концентрации взрывоопасной смеси (например, вытеснение горючей смет инертным газом).

Для защиты от накопления и проявления зарядов статического электричества на оборудовании, на теле человека и на перекачиваемых веществах должны предусматриваться с учетом особенностей производства меры, обеспечивающие стекание возникающих зарядов:

• отвод зарядов путем заземления корпусов оборудования и коммуникаций, а также обеспечение постоянного электрического контакта обращающихся веществ и тела, одежды человека с заземлением с целью снятия статического заряда;
• отвод зарядов путем уменьшения удельных объемных и поверхностных электрических сопротивлений;
• нейтрализация зарядов путем использования радиоизотопных, индукционных и других нейтрализаторов.

Для снижения интенсивности возникновения зарядов статического электричества необходимо:

• предусмотреть технические решения по очистке горючих газов от жидких, твердых частиц и примесей в случаях, когда это технологически возможно;
• исключить или ограничить разбрызгивание, дробление, распыление веществ в случаях, когда этого не требует технология производства;
• обеспечить выбор (регулировку) скорости движения среды.

Вообще же скорость движения материалов в аппаратах и трубопроводах не должна превышать значений, предусмотренных проектом.

В том случае, когда невозможно обеспечить стекание возникающих зарядов, для предотвращения воспламенения среды внутри аппаратов искровыми разрядами необходимо исключить образование в них взрывоопасных смесей путем применения закрытых систем с избыточным давлением или использования инертных газов. Это применимо для перемещения легковоспламеняющихся жидкостей, заполнения аппаратов, емкостей, закрытых транспортных систем, пневмотранспорта горючих мелкодисперсных и сыпучих материалов и продувки оборудования при запуске.

Во взрывоопасных производствах (процессах), где могут накапливаться заряды статического электричества, технологическое и транспортное оборудование (аппараты, емкости, машины, коммуникации и прочее) необходимо изготовлять из материалов, имеющих удельное объемное электрическое сопротивление не выше 105 Ом*м.

Основными мерами защиты от статического электричества являются: заземление оборудования, трубопроводов, емкостей и др.; увлажнение воздуха рабочей зоны до 75 %; очистка жидкостей и газов от примесей перед их перекачкой и транспортированием;

изготовление шлангов из антистатической резины; нанесение электропроводящих смазочных материалов на ленты конвейеров и ременных передач; ионизация воздуха; применение электропроводящих полов и др.

Понятие о статическом электричестве знакомо всем из школьного курса физики. Статическое электричество возникает в процессе появления зарядов на проводниках, поверхностях различных предметов. Появляются они в результате трения, возникающего при соприкосновении предметов.

Что представляет собой подобное явление

Процесс непосредственного образования и сохранения на любом предмете или во внутренней части диэлектрика свободных электрозарядов, а также их накопление на проводниках с изоляционным слоем зависит от нескольких факторов. Это могут быть интенсивность и скорость происходящего трения, разница в параметрах свойств материалов.

В природных условиях это явление наиболее часто наблюдается в таких ситуациях:

• превышение количества отрицательных ионов в воздухе в сравнении с положительными возле больших водопадов;
• образующийся под влиянием соленой воды положительный заряд на побережье морей и океанов;
• провоцирующее образование статической электрики на снежном покрове перемещение лавины;
• разряды молнии.

Применение в современных предметах обихода значительного количества синтетических строительных компонентов, а также аналогичных материалов в изготовлении мебели и приборов, пошиве одежды становится источником загрязненности в окружающей нас среде.

Защита рабочего места

Человеческое тело само по себе является проводником тока. Поэтому защита от статики требуется работникам предприятия, нужно обезопасить каждое рабочее место. Оборудование должно быть заземлено, на полу должен быть постелен токопроводящий коврик. Также на каждом рабочем месте должен быть излучатель ионизированного воздуха, который нейтрализует заряд. Существуют разные виды защитного оборудования – это антистатические планки, ионизирующий пистолет и т.д. Выбирать нужный вариант следует, исходя из особенностей производства.

Человек должен носить защитную одежду. Обязательно следует снабдить операторов специальной обувью на токопроводящей подошве, чтобы заряд как будто стекал и отводился в землю.

Чем и как снять с себя статику

Многочисленные исследования доказывают вред такого поля. От него страдает здоровье человека. При взаимодействии с наэлектризованным предметом может отказать бытовая и производственная техника. Подобное часто становится причиной травмы на предприятии и в быту. Также стоит учесть, что слишком частое прохождение разрядов через тело человека вызывает различные отклонения в слаженной работе организма

Поэтому крайне важно знать, чем снять статическое электричество. Разряды накапливаются на спецодежде, рабочих халатах, обуви

Как снимать статическое электричество – должен знать каждый работник любого производства. Наиболее действенными способами являются:

1. Заземление оборудования.
2. Прикосновение человека к заземленной батарее.
3. Прикосновение к заземленному промышленному трубопроводу.
4. Использование антистатических покрытий.
5. Применение антистатического спрея.

Рассмотрим данные методы подробнее. На предприятии обязаны соблюдаться определенные техники безопасности

Особенно важно их применение при взаимодействии с легко воспламеняющими материалами. Любая искра может стать причиной пожара

Поэтому крайне необходимо предотвратить проникновение статического электричества в рабочую зону. Важно повысить проводимость материалов, увеличить устойчивость всех механизмов и снизить скорости обработки используемых предметов. Помните, что создание грамотного заземления и знание, как снять статическое электричество, станут эффективными мерами безопасности на производстве.

Чтобы действовали правила безопасности на производстве, важно:

1. Повысить устойчивость различных механизмов и блокировать формирование наэлектризованности на рабочем месте.
2. Защитить работоспособность оборудования металлической сеткой.
3. Исключить образование разряда.

Различные физические, механические и химические принципы предотвращают либо уменьшают формирование заряда. Улучшить ситуацию можно за счет:

• коронирования;
• ионизации воздуха;
• возвышения рабочей поверхности;
• грамотного подбора взаимодействующих материалов.

Вышеуказанное дает полное представление, как снимать статическое электричество в производственных условиях и чем именно ликвидировать заряд.

Большой вред может причинить разряд, который возникает при производстве полупроводниковых материалов. Приборы в цеху могут выйти из строя. Разряд может образоваться и случайно. Причинами подобного часто становятся:

• высокая энергия потенциала;
• переходной процесс;
• электросопротивление контактов.

Ток возрастает на протяжении минимально короткого срока, достигает максимума и затем снижается. Однако разряд может успеть пройти через тело оператора прибора.

Статическое электричество – что это?

Статическое электричество – частое явление, которое объясняется избытком свободных электронов, переносчиков природного тока. Появляется оно и запасается чаще всего на поверхности или в середине того или иного материала, который не имеет способности проводить ток. Если сказать по-другому, то статическое электричество собирается и храниться до определенного времени на диэлектрике или же на изолированном проводнике.

Такое явление очень распространено как в быту, так и в природе. Столкнуться с ним можно, если находиться близко возле водопада или берега моря, молнии или сходов лавин. Если говорить о повседневной жизни человека, то такой вид электричества можно получить из-за обычного трения

Стоит обратить внимание на то, что сам человек способен вырабатывать свое индивидуальное электростатическое поле, поэтому некоторые очень чувствительны к такому току, а другие, наоборот, ничего не ощущают. Причиной этого всего является индивидуальная работа центральной нервной системы, которая таки и вырабатывает это поле

Так что, чем крепче нервы – тем сильнее поле.

Как убрать статику с пластика

Удаление ее имеет большое значение при производстве ПВХ-изделий. По производственным технологиям не допускается накапливание разрядов. Однако в производственных цехах имеются пластиковые окна, трубопроводы, воздуховоды

Чем можно снять напряжение с пластика? В данном случае важно обязательно регулировать влажность в помещении. Рабочие цеха также должны носить индивидуальные средства защиты от тока

Правила защиты подробно описаны в действующих нормативах безопасности на производстве.

Применение различного антистатического оборудования – эффективный способ борьбы с током. Он может быть удален с помощью:

• антистатических щеток;
• ионных воздушных ножей;
• разряжающих планок;
• ионизирующих пистолетов;
• разряжающих блоков питания;
• других нейтрализаторов накопленного заряда.

Комплексные решения позволяют предотвратить накопление заряда и предупредить возгорание

Особенно важно использовать специальные нейтрализаторы напряжения во взрывоопасных зонах. Простым и при этом экономическим решением является установка недорогих антистатических шнуров и щеток

Приспособления позволят минимизировать возможные риски и эффективно нейтрализуют статическое поле на рабочих местах. Антистатическое оборудование широко востребовано на различных предприятиях.

Пластик является прекрасным диэлектриком. Стоит заметить, что материал не проводит электрический ток, потому и формируется на его поверхности поле. Защита от зарядов особенно необходима на предприятиях, которые производят различные полимеры, бумагу и ткани

Важно грамотно оборудовать рабочее место оператора и постоянно использовать антистатическую защиту и спецобувь

Нейтрализовать разряд на пластике временно можно такими способами:

1. Используйте изопропиловый спирт. Протирать нужно периодически им поверхность пластика.
2. Проведите ионизацию антистатическими планками и воздушными ножами.
3. Добавьте в производство материала внутренние антистатические добавки.

Также можно использовать полимерный антистатик универсального действия. Свойства данного средства не зависят от влажности окружающей среды. Однако такой продукт стоит дорого, поэтому его применение целесообразно, когда требуется длительная защита полимеров

Также на производстве важно использовать спецблоки, которые уменьшают накопление заряда материалом

Опасные и вредные факторы статического электричества

Статика опасна по многим причинам. Прежде всего, на производстве она мешает нормальному технологическому процессу:

• в электронной промышленности притягивается пыль к чувствительным узлам и деталям;
• в полиграфии – из-за притягивания пыли может загрязниться запечатываемая поверхность;
• прилипание материалов замедляет подготовку;
• статика может вывести из строя детали оборудования;
• разряд может привести к искре и возгоранию, что особенно опасно для предприятий, использующих в качестве сырья легковоспламеняющиеся материалы.

Опасность статического электричества – это еще и негативное влияние на здоровье человека. Это не так опасно, как разряд тока, но при длительном воздействии может привести к неприятностям с нервной и сердечно-сосудистой системой.

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.

Будет интересно Что такое триггер в электронике — подробно разбираемся в терминах

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.

Удар молнии в башню

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.

Статическое электричество