Электростатическая защита

Содержание

Минусы и плюсы проявления статики

К опасным проявлениям электростатики в первую очередь относят постоянное трение некачественной одежды о тело человека и накапливание на коже электрических зарядов. В технической области этот эффект особо остро проявляется при работе монтажников-специалистов по пайке микросхем. В данном случае он угрожает выходом из строя дорогостоящих чипов или даже целых устройств, собираемых на их основе.

При сборке ценных и редких микрочипов требованиями безопасности предусмотрены специальные меры защиты от этих неприятных проявлений.

В технологиях, связанных с пайкой некоторых микросхем, электростатическая защита предполагает одевание на руку заземленного браслета, при наличии которого опасность устраняется за счет стекания зарядов на землю. Такие предупредительные меры касаются в основном устаревших К-МОП структур, все чаще вытесняемых современными микрочипами, имеющими встроенную защиту от статического электричества.

Опасность для человека

Грозовые разряды относятся к опасным проявлениям статического электричества

К опасным для человека проявлениям статики как таковой относят:

грозовые разряды, сопровождающиеся молнией – их причиной является длительное трение воздушных потоков; по возможным последствиям, включая пожарную опасность, они намного превосходят все остальные проявления;
воздействие зарядов на биологический покров (кожу) и появление сильных раздражений на ней;
опасные и неприятные разряды электричества через тело человека при прикосновении к металлическим частям незаземленного оборудования.

Последнее явление не имеет никакого отношения к критическим ударам тока, вызванным аварийными ситуациями, когда опасное напряжение попадает на корпус бытового прибора.

Все эти вопросы касаются лишь внешней стороны проявлений статического электричества, избавиться от которых удается с помощью технических средств защиты. При более внимательном изучении этого процесса выясняется, что воздействие статики на соматику и организм человека способны привести к более серьезным последствиям:

систематические нарушения сна;
изменения тонуса сердечно-сосудистой системы;
сильная утомляемость;
возникновение проблем с нервной системой;
небольшие отклонения в работе мышечных тканей.

Хотя эти нарушения поначалу не очень заметны, со временем в организме накапливаются изменения, способные привести к серьезным отклонениям. Следствием плохого сна становятся проблемы с психикой, а та в свою очередь приводит к другим заболеваниям. Вред от этого эффекта в данном случае не вызывает сомнений.

Польза статистического электричества

Отыскать способы управления статическим зарядом с пользой для человека в свое время пытались многие ученые и изобретатели. Ими разрабатывались громоздкие и очень затратные агрегаты, отдача от которых оставалась, как правило, очень низкой. Единственный прорыв в этой области – открытие учеными так называемого «коронного разряда».

Уникальные возможности этого явления используются не только на производстве, но и в обычных бытовых условиях. За счет освоения современных приемов управления электростатическими явлениями они широко применяются в следующих технологических процессах:

окраска каркасных оснований, а также поверхностей металлоконструкций и других сборных изделий;
очистка газов от примесей в добывающей промышленности;
использование во многих сферах, связанных с обработкой материалов (современные нанотехнологии).

Широкое применение нашел коронарный разряд и в медицине, где он используется для ограниченного воздействия электростатическими разрядами на больные органы человека. Кроме того, на основе этого эффекта разработано множество приборов, способных ионизировать воздух не только в производственных помещениях и заводских цехах, но и в типовой городской квартире. Одно из таких полезных изобретений – электростатический фильтр, предназначенный для удаления из окружающего воздуха аэрозольных и механических частиц. Благодаря его применению удается избавиться от копоти, сажи и дыма, а также от мелких частиц пыли, в избытке скапливающихся в любом современном доме.

Электростатика

Электростатика — раздел учения об электричестве, изучающий взаимодействие
неподвижных электрических зарядов.
Между одноимённо заряженными телами возникает электростатическое (или
кулоновское) отталкивание, а между разноимённо заряженными — электростатическое
притяжение. Явление отталкивания одноименных зарядов лежит в основе создания
электроскопа — прибора для обнаружения электрических зарядов.

Рисунок 1

Наглядное действие закона Кулона

В основе электростатики лежит закон Кулона. Этот закон описывает взаимодействие
точечных электрических зарядов.

Закон Кулона имеет вид:

здесь ε
= 8,85×10-12Ф/м — электрическая постоянная.

Простой пример действия закона Кулона и наглядно наблюдаемый — перенос
электростатического заряда на кисть из тонких эластичных волосков.

Свойства электрического заряда

Заряд бывает двух видов, называемых положительным и отрицательным:
заряды одного вида отталкиваются друг от друга, заряды разных видов —
притягиваются, причем сила отталкивания равна по модулю силе притягивания;
число положительных и отрицательных зарядов в веществе одинаковое.
Полный электрический заряд изолированной системы сохраняется.
Величина заряда может принимать только дискретные значения:
минимальный заряд частицы e = 1.60·10-19 Кл;
любой заряд q кратен минимальному, т.е. q=Ne, где N — целое число;
минимальные положительный и отрицательный заряды равны по абсолютной величине.

Электрическое поле

Заряд изменяет свойства окружающего его пространства, т.е. он создает вокруг
себя нечто материальное, посредством чего осуществляется взаимодействие между
зарядами. Это нечто и называется электрическим полем.
Поле характеризуется величиной напряженности, которая численно равна силе,
действующей на единичный заряд:

Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на
заряд.

Величина φ

называется потенциалом.

Потенциал (φ) численно равен потенциальной энергии
(Wp), которой
обладал бы в данной точке поля положительный единичный заряд
(q). Работа по переносу
заряда q из точки 1 в точку 2 может быть записана как:

Тогда, так как потенциал на бесконечности считаем равным нулю то можно сказать,
что потенциал равен работе, которую совершают силы поля над единичным
положительным зарядом при удалении его из данной точки на бесконечность.

Единицей потенциала является Вольт.

1В — это потенциал в такой точке, для
перемещения в которую из бесконечности заряда в 1Кл нужно затратить работу в
1Дж.
Потенциал поля, создаваемого системой зарядов равен
алгебраической сумме потенциалов, создаваемых каждым из зарядов в отдельности:

Напряженность электрического поля

Методы снижения электростатических зарядов

Улучшение антистатических характеристик материалов за счет
создания объемной проводимости

К конструкционным и отделочным материалам помещений где работают с
компьютерной и электронной техникой предъявляются взаимно исключающие
требования.

Это хорошие изоляционные свойства для предотвращения поражения
электрическим током,
Для удаления электростатических зарядов с их носителей необходима
некоторая электропроводность у них.

Для создания некоторой проводимости отделочных и конструкционных материалов
применяются антистатические присадки. Например для электропроводящей резины
используют в качестве антистатической присадки — сажу. Если обычный
вулканизированный каучук имеет проводимость порядка 1013 Ом м и после
добавки углерода в виде сажи она падает до 105 Ом м

Влажность и ее влияние

Важную роль при электростатических явлениях имеет относительная влажность
воздуха.

Эти проблемы редко возникают при относительной влажности воздуха более
50-60%. И не смотря на то что влажный воздух имеет более низкую проводимость,
работает не проводимость воздуха, а тонкая пленка влаги адсорбируемая на
поверхностях диэлектриков, за счет содержания в этой влаге ионов создающих
повышенную проводимость.

Причем для разных материалов оптимальной будет разная влажность.

При влажности 60% и выше электростатические разряды не образуются. Но при
этом могут возникнуть технологические и гигиенические проблемы в помещениях с
таким уровнем влажности.

Подробнее см. ссылку 2 в конце.

Для повышения поверхностной проводимости применяют обработку поверхности
поверхностно активными веществами, которые улучшают адсорбирование влаги на
поверхности.

Нейтрализаторы электрического заряда

К нейтрализаторам относятся устройства создающее поток или облако
положительных или отрицательных ионов, которые оседая на электризованную
поверхность нейтрализуют заряды на их поверхности.

Кроме того ионы создают повышенную проводимость воздуха.

Причины возникновения

Возникает это физическое явление вследствие трения диэлектриков друг о друга или о металлы. На поверхностях начинают накапливаться заряды, которые способны удерживаться на большие промежутки времени. Интенсивность возникновения зарядов увеличивается пропорционально скорости трения, площади соприкосновения, приложенной силе и удельному сопротивлению материалов.

Второй причиной считают электроиндукцию, вследствие которой изолированные от земли поверхности накапливают заряженные частицы. Например, на металлических предметах, находящихся вблизи высоковольтных ЛЭП, может накапливаться статическое электричество в сухую погоду.

В химической отрасли явление наблюдается по время плавления пластичных материалов. В радиоэлектронике разряды возникают во время производства техники, где применяются диэлектрики. Такая же картина наблюдается при сматывании в рулоны бумаги, полиэтиленовой пленки, пересыпании и пневмотранспортировке диэлектриков (измельченного стекла, эбонита), перевозке жидкостей (бензина и аналогичных по составу). Дома это проявляется на экранах мониторов, на которых собирается большое количество протонов, вызванных электрическими пучками лучевой трубки.

Ситуации, где велика вероятность получить удар электрическим током

Разработан ряд технологий и средств защиты, направленных на минимизацию и предотвращение данного явления.

Каким образом обеспечивается защита от электромагнитного излучения с помощью поглотительного материала?

Поглотительный материал осуществляет защиту путем превращения энергии электромагнитного поля в тепловую. В качестве поглотительного материала применяют каучук, пенополистирол, ферромагнитный порошок со связывающим диэлектриком, волосяные маты, пропитанные графитом, и другие материалы.

Для повышения поглотительной способности материала ему придают форму, обеспечивающую хорошее поглощение при незначительной толщине материала. Кроме того, многократное отражение волн приводит к взаимному их уничтожению. Использование таких материалов особенно эффективно в диапазонах высоких и сверхвысоких частот излучения.

Хорошие результаты дает совместное применение экрана и поглотительного материала. Поглотительный материал наносится на металлический лист, выполняющий роль экрана. Эта конструкция обеспечивает двукратное прохождение электромагнитной волны через поглотительный материал.

Причины возникновения

Условия возникновения потенциала на предметах является сухость воздуха. При влажности воздуха 80% это природное явление не возникает.

Влага, содержащаяся в воздухе, не позволяет накапливаться заряду на предметах. Причинами возникновения статического электричества могут стать:

При соприкосновении одного предмета с другим. Потенциал возникает после их разъединения. Трение, намотка/размотка искусственных материалов, трение корпуса автомобилей о воздух и т. п.;
В результате быстрого температурного перепада. Так, статическое электричество возникает на предметах при помещении их в нагретую печь;
Радиационное и ультрафиолетовое излучение, рентгеновские Х- лучи, сильное электромагнитное и электрическое поле;
Наведения — происходит возникновение электрического поля, вызванного зарядом. Потенциал возникает при обработке листовых или рулонных материалов. Явление возникает в момент разделения материала и поверхности. Такой эффект может произойти при перемещении одного слоя относительно другого. Этот процесс еще до конца не изучен. Его можно сравнить с разъединением обкладок конденсатора. В этом случае механическая энергия переходит в электрическую.

Способность предметов накапливать заряды оказывают отрицательное влияние на технику. Если не предпринимать никаких мер, то возможно повреждение и выход ее из строя.

История

Существование электростатических взаимодействий уже было известно в глубокой древности. Двадцать шесть веков назад, греческий философ и математик Фалес из Милета ($620$-$540$ г. до н.э.) заметил, что на ткань, которой протирают янтарь, притягивается древесная щепка. Название электричества происходит от греческого слова ήλεκτρον, что означает янтарь.

Электростатические явления возникают из-за сил, которые электрические заряды оказывают друг на друга. Такие силы описываются законом Кулона. Электростатика предполагает накопление заряда на поверхности объектов из-за контакта с другими поверхностями.

Готовые работы на аналогичную тему

Курсовая работа Статическое электричество 420 руб.
Реферат Статическое электричество 230 руб.
Контрольная работа Статическое электричество 220 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

Как убрать статическое электричество?

Очень неприятно, когда взаимодействие с этим явлением оставляет не лучшие воспоминания. Если прикасаясь к любому предмету человека, поражаем небольшим разрядом тока – значит, действие статического электричества усилилось, и его нужно снимать.

Как убрать статическое электричество в квартире?

Статическое элекстричество может быть не только на одежде, но и, так скажем, во всей квартире. На любых предметах, начиная иголкой, булавкой или заколкой, заканчивая телевизором, холодильником и прочим. Поэтому, чтобы уменьшить «общение» с этим явлением, не опасаться находиться рядом и дотрагиваться до мебели и других вещей, стоит знать, как снимать статическое электричество. Вот несколько советов, которые нужно использовать при борьбе с током, если рядом нет антистатика.

Пыль на экране телевизора или компьютера очень часто подвергается такому заряду. Это все потому, что пыль сама по себе накапливает небольшой ток, а если она находиться на экранах, связанных с электричеством, тогда их количество значительно быстрее увеличивается. Для того, чтобы это исправить – нужно чаще проводить влажную уборку, тщательно протирая мониторы. Таким образом, накопление тока на поверхностях предметов и в воздухе уменьшится.
Насчет влажности и воздуха в помещении тоже есть небольшой секрет. Влажность в воздухе, приравнивается к монетам в кармане – очень хорошо притягивает заряды тока. Для того чтобы снизить появление статических зарядов в воздухе, можно набрать бутылки с водой и расставить по квартире. Это увлажняет воздух и соответственно собирает к себе все заряды. Подождав несколько часов можно воду из бутылок вылить, а квартиру проверить, таким образом, выветрив все возможные заряды из дома.
Бывает, что даже после таких хитростей частота зарядов не перестает уменьшаться, и это начинает серьезно беспокоить всю семью. Тогда стоит провести в квартире тщательную ревизию. Необходимо свести к минимуму количество синтетики в доме. Лучше заменить их на те, которые точно не смогут доставить проблем с электростатикой. Это шелк, шерсть, хлопок и другие материалы.

Как убрать статический ток с одежды?

Довольно противные или даже болезненные ощущения, когда, надевая свой любимый свитер, волосы электризуются, прическа портится, а сама вещь — бьет током. И так происходит не только со свитером, но и со всеми вещами из гардероба. Стоит задуматься, не пора ли начать бороться с этим током? Можно приобрести специальные средства в магазинах, но это очень дорого и химикаты не очень благоприятно воздействуют на кожу человека. Поэтому можно следовать советам, приведенным ниже, которые помогают снять заряд на одежде с помощью домашних средств.

Первое, что придет на помощь — пищевая сода. Когда придет момент стирки, необходимо прямо в самой стиральной машинке, на вещи насыпать одну четвертую часть стакана. Стоит учитывать, что количество используемой соды меняется, если одежды в барабане машинки меньше или больше среднего количества. Однако, в любом случае, больше половины стакана насыпать за один раз нельзя. Сода образовывает некий защитный слой на одежде, который мешает образованию тока, и при этом на одежде его не видно, если придерживаться нормы. В противном случае, если насыпать больше половины стакана, то весь защитный слой будет очень виден для окружающих.
Еще одним неплохим вариантом решения проблемы может стать обычный уксус. После окончания стирки, не вынимайте сразу одежду, а влейте в барабан приблизительно 50 мл белого дистиллированного уксуса. Его можно заменить, использовать яблочный уксус, что сильно не изменит результат. Далее, необходимо включить машинку и поставить белье полоскать и отжимать. Уксус действует так же, как и сода – создает защитный слой. Но если использовать больше уксуса, то последствием будет не цвет одежды, а резкий запах.
Еще одним вариантом считается использование натуральных тканей. Статическое электричество на них очень плохо скапливается. Поэтому при стирке можно просто положить в барабан ткань изо льна, кусок шерсти или еще что-то. Таким образом, весь заряд, скопившийся на одежде, перейдет на этот кусочек и его можно будет легко утилизировать.
Есть также маленькая хитрость. К одежде, которая подвержена току, можно приколоть с внутренней стороны металлическую булавку, заколку, брошку или просто положить немного мелочи в карман. Статическое электричество быстро уйдет на проводящий металл, и не будет скапливаться на одежде.

Watch this video on YouTube

«Злобный» автомобиль

Очень часто искра статического разряда проскакивает между автомобилем и автолюбителем (пассажиром). Что делать, если ваша машина постоянно награждает вас ударом тока? Как снять статическое электричество с автомобиля, чтобы каждый раз, вылезая из машины, она не «кусала» вас на прощание?

Здесь проблема, опять же, кроется в вас, то есть в вашем поведении за рулем и в материалах, из которых сделаны чехлы для автомобильного сиденья или само сиденье. Сидя за рулем, вы все равно двигаетесь, создавая трение. В вас копится заряд, а резиновые коврики авто препятствуют разрядке, и напряжение остается в вас все время нахождения в машине, пока вы, вылезая из нее, не прикоснетесь частью тела к металлическому кузову автомобиля. В этот момент и происходит разрядка. Приятного мало, а потому следует запастись специальными средствами обработки кресел автомобиля. Эти антистатики имеют вид аэрозолей. Распылив это средство на чехлы кресел, вы воспрепятствуете тому, чтобы во время трения они накапливали в вас положительный заряд.

Но автомобиль — такая вещь, которая сама может накапливать в себе статику, особенно в сухую погоду. Для того чтобы этого не происходило и ваш автомобиль не лупил вас током почем зря, купите в магазине автозапчастей специальную полоску (ремешок), которая крепится под задним бампером и запитывается к корпусу машины. Нынешние разновидности антистатических ремешков и вовсе крепятся к выхлопной трубе. Кончик такой полоски, постоянно соприкасаясь с землей, будет препятствовать накоплению статики в кузове.

В чем заключается вредное воздействие статического электричества в промышленности?

Заряды статического электричества могут возникнуть при соприкосновении или трении твердых материалов, при размельчении или пересыпании однородных и разнородных непроводящих материалов, при разбрызгивании диэлектрических жидкостей, при транспортировке сыпучих веществ и жидкостей по трубопроводам и др.

Вредное воздействие статического электричества проявляется в возможности пожаров и взрывов от электростатических зарядов, технологических помех, нарушающих нормальный ход того или иного технологического процесса, физиологического воздействия на организм человека.

Человек может подвергаться длительному процессу электризации при контактировании с различного рода предметами, выполненными из материалов с высокими диэлектрическими свойствами. К числу подобных источников электризации относятся: полы, ковры, ковровые дорожки из синтетических и других электронепроводящих материалов.

Действие статического электричества на человека смертельной опасности не представляет, поскольку сила тока составляет небольшую величину. Искровый разряд статического электричества человек ощущает, как толчок или судорогу. При внезапном уколе может возникнуть испуг, и вследствие рефлекторных движений человек может сделать непроизвольно движения, приводящие к падению с высоты, попаданию в неогражденные части машин и др. Длительное воздействие статического электричества неблагоприятно отражается на состоянии здоровья.

Вызываемые статическим электричеством неприятные ощущения могут явиться этиологическим фактором неврастенического синдрома, головной боли, плохого сна, раздражительности, неприятных ощущений в области сердца и т. д.

Как осуществляется контроль уровней облучения?

Контроль уровней облучения необходимо вести путем измерения нормируемого параметра электромагнитного поля на рабочем месте не реже двух раз в год, а также при вводе в действие новых источников излучения, при реконструкции действующих установок, после ремонтных работ. При опытных и исследовательских работах уровни облучений следует проверять при каждом изменении условий труда.

Измерения в каждой выбранной точке производятся не менее трех раз, их результаты фиксируются в протоколе. За уровень электромагнитного облучения в данной точке принимается среднеарифметическое трех измерений. Измерения производятся специально разработанными для этой цели приборами.

Каковы пределы допустимого облучения обслуживающего персонала?

Для обеспечения безопасных условий труда обслуживающего персонала источников излучения и окружающих лиц установлены нормы допустимого облучения.

Напряженность электромагнитных полей на рабочих местах не должна превышать:

по электрической составляющей:
- в диапазоне частот 60 кГц — 3 МГц — 50 В/м;
- 3—30 МГц — 20 В/м;
- 30—50 МГц — 10 В/м;
- 50—300 МГц — 5 В/м;
по магнитной составляющей:
- в диапазоне частот 60 кГц — 1,5 МГц — 5 А/м;
- 30 МГц — 50 МГц — 0,3 А/м.

Предельно допустимая плотность потока энергии электромагнитных полей в диапазоне частот 300 МГц — 330 ГГц и время пребывания на рабочих местах и в местах возможного нахождения персонала, связанного профессионально с воздействием полей (кроме случаев облучения от вращающихся и сканирующихся антенн), взаимосвязаны следующим образом: пребывание в течение рабочего дня — до 0,1 Вт/м², не более 2 ч — 0,1 — 1 Вт/м², в остальное рабочее время плотность потока энергии не должна превышать 0,1 Вт/м²; пребывание не более 20 мин — 1 —10 Вт/м² при условии пользования защитными очками. В остальное рабочее время плотность потока энергии не должна превышать 0,1 Вт/м².

Напряженность электрического поля промышленной частоты (50 Гц) в электроустановках напряжением 400 кВ и выше для персонала, систематически (в течение каждого рабочего дня) обслуживающего их, не должна превышать при пребывании человека в электрическом поле: