Napätie statickej elektriny. Statický stres. Čo je statická elektrina

Pod statickou elektrinou sa rozumie súbor javov spojených s výskytom elektrických nábojov na povrchu dielektrík alebo izolovaných vodivých telies a ich rôznymi prejavmi. Vznik statickej elektriny je založený na veľmi zložitých procesoch, ktoré závisia od mnohých faktorov. V súčasnosti neexistuje jediná teória vysvetľujúca statickú elektrifikáciu, existuje však množstvo hypotéz. Spoločné pre nich je ustanovenie, že pri elektrizácii vzniká dvojitá elektrická vrstva, ktorá slúži ako priamy zdroj statického náboja (L. Loeb, 1963).

Najrozšírenejšia je hypotéza kontaktnej elektrizácie hmoty. Podľa tejto hypotézy dochádza k elektrifikácii, keď sa dve rôzne látky dostanú do kontaktu v dôsledku nerovnováhy atómových a molekulárnych síl na kontaktnom povrchu. V tomto prípade dochádza k redistribúcii elektrónov alebo iónov látky a vytváraniu dvojitej elektrickej vrstvy (jedna na každom povrchu) s opačnými znamienkami. Takáto elektrifikácia sa pozoruje pri kontakte kovu s polovodičom alebo dielektrikom, gumami a inými telesami (J. Staroba, J. Shimorda, 1960). Hodnota rozdielu kontaktných potenciálov nie je rovnaká a závisí od dielektrických vlastností kontaktných plôch, stavu povrchu, tlaku medzi nimi, ako aj od vlhkosti a teploty. Keď sú povrchy oddelené, každý povrch si zachováva svoj náboj.

Podľa iných hypotéz je statická elektrifikácia spôsobená javmi účinku nárazu a oddelenia; povrchová orientácia neutrálnych molekúl obsahujúcich elektrické dipóly; piezoelektrické javy pri trení, vznik elektrolytov na kontaktných plochách a iné procesy. Experimentálne sa zistilo, že elektrické náboje sa hromadia na povrchu súvislých materiálov, ktorých dielektrická konštanta je odlišná. Kladné náboje sa hromadia na povrchu materiálu, ktorého dielektrická konštanta je väčšia. Nenabité, elektricky neutrálne telo znamená súčasne prítomnosť dvoch opačných typov nábojov v rovnakom množstve.

Výskyt elektrických nábojov na telesách je sprevádzaný objavením sa statického elektrického poľa (SEF), v ktorom na seba vzájomne pôsobia. Negatívna elektrifikácia, teda prebytok elektrónov v polyméri, nemôže spôsobiť pohyblivosť elektrónov v molekulách a ich prerozdelenie v objeme. V dôsledku prebytku voľných elektrónov, s poklesom interakcie kladne nabitých častíc, sa môžu vytvárať ďalšie chemické väzby a môžu sa vyskytnúť rôzne chemické reakcie.

IN posledné roky prijaté široké uplatnenie v každodennom živote a rôznych odvetviach technológie, syntetické polyméry. Ide o odevy, spodnú bielizeň, obuv, umelohmotné nátery, latexové a polyvinylchloridové koberčeky, polyetylénový riad, karosérie áut, lode, lietadlá a rôzne vybavenie. Syntetické polyméry sú dielektrikum, na povrchu ktorého sa hromadí elektrický náboj. Človek si nemusí byť vedomý toho, že elektrické náboje sú rozložené na jeho tele, ale ak sa nahromadilo veľa nábojov, môže ich prítomnosť pocítiť dotykom kovového predmetu, napríklad vodovodného kohútika alebo parného radiátora. V tomto prípade človek pocíti elektrický šok.

Elektrifikácia je obzvlášť silná, keď sa gumená obuv so syntetickou podrážkou dostane do kontaktu s gumenými pásmi, plastovými podlahovými krytinami a keď sa oblečenie odiera o telo (K. A. Rapoport, 1965). Pri vykonávaní rôznych výrobných operácií alebo chôdzi po koberci môžu na povrchu ľudského tela vznikať elektrické náboje do 10-15 kV. Na niektorých typoch odevov vyrobených zo syntetických tkanín vznikajú aj veľké náboje statickej elektriny - cca 3000-5000 V / cm.

V chemickom, textilnom, polygrafickom a mnohých ďalších odvetviach v akomkoľvek technologickom procese, kde dochádza k dynamickej interakcii (miešanie, striekanie, pohyb potrubím, „drvenie, separácia, mechanické spracovanie dielektrických materiálov a pod.) na povrchu zariadenia a spracovávaným materiálom sa tvoria elektrické náboje vznikajúce v tomto prípade majú negatívny vplyv na tok proces produkcie a kvalitu produktu.

Elektrické náboje spôsobujú vzájomné odpudzovanie podobne nabitých nití, priľnavosť papierových listov, dielektrického filmu. Značné ťažkosti vznikajú v procese výroby, spracovania, balenia a prepravy syntetických materiálov.

V niektorých prípadoch nálože rýchlo odtekajú do zeme, rozptyľujú sa a neutralizujú, v iných sa hromadia na jednotlivých prvkoch zariadenia. V tomto prípade sa vytvárajú vysokonapäťové ESS, ktoré spôsobujú elektrické výboje. Vo výbušnom priemysle spojenom s používaním horľavých a horľavých kvapalín, horľavých plynov a prachu môžu iskrové výboje statickej elektriny spôsobiť výbuchy a požiare, ktoré vedú k značným škodám, zraneniam alebo stratám na životoch.

Mechanizmus iskrového výboja pripomína javy atmosférickej elektriny. Výboje statickej elektriny, ktoré majú energiu miliónkrát menšiu ako blesk, môžu napriek tomu zapáliť akúkoľvek horľavú zmes vytvorenú alebo prítomnú v priemyselných procesoch.

Pri použití horľavých médií je skutočným nebezpečenstvom ich vznietenia výbojmi statickej elektriny osoba. Pri neustálom kontakte s nabitým zariadením alebo materiálom alebo pri chôdzi po plastových podlahách sa v ľudskom tele ako dobrý vodič hromadí elektrostatický náboj. Potenciálny rozdiel medzi ľudským telom a okolitými predmetmi môže dosiahnuť obrovské hodnoty - desiatky tisíc voltov. A akonáhle sa takýto elektrifikovaný človek priblíži k kovovým uzemneným konštrukciám, dôjde k iskrovému výboju.

Pri priemernej elektrickej kapacite osoby 200 pF a telesnom potenciáli voči zemi 10 000 V bude energia výboja 10 mJ. To je mnohonásobne viac ako energia potrebná na zapálenie alebo výbuch množstva výbušnín, ako aj horľavých zmesí pár a plyn-vzduch. Napríklad na zapálenie vzdušných zmesí vodíka, metánu alebo benzénu, ktoré sú najcitlivejšie na tepelný impulz, je potrebná energia iskrového výboja, respektíve 0,02, 0,33, 0,55 mJ.

Statická elektrina a výbuchy môžu byť tiež pozorované počas prepravy sypkých produktov alebo kvapalín cez potrubia vyrobené z polymérnych materiálov. Výskyt nábojov pri pohybe kvapaliny sa vysvetľuje hypotézou, ktorá predpokladá, že na rozhraní medzi kvapalnou a pevnou fázou sa vytvorí dvojitá elektrická vrstva. Každá molekula nachádzajúca sa vo vnútri objemu kvapaliny je vystavená vplyvu van der Waalsových a Coulombových síl zo strany molekúl. Pôsobenie všetkých síl je v tomto prípade vzájomne vyvážené, pričom na molekuly nachádzajúce sa v hraničnej vrstve pôsobia nevyvážené sily smerujúce k rozhraniu, vytvárajúce silové a elektrické pole. Molekuly orientované v tomto poli tvoria dvojitú elektrickú vrstvu - negatívne nabité častice sú umiestnené na vonkajšej strane vrstvy kvapaliny, pozitívne nabité častice sú vo vnútri.

Ak je rovnováha dvojitej vrstvy narušená, čo sa pozoruje pri pohybe kvapaliny, dochádza k priestorovému oddeleniu nábojov, v dôsledku čoho sa povrchy potrubí a kvapaliny nabijú opačnou elektrinou. znamenie. Veľkosť výsledného elektrického náboja sa zvyšuje nepriamo úmerne s prietokom tekutiny, drsnosťou a dĺžkou potrubia. Veľké nahromadenia nábojov sú zaznamenané v miestach zvýšeného dynamického odporu, t.j. na výstupe kvapaliny, pri zákrutách, v zúženiach, expanziách atď.

Experimenty ukázali, že rýchlosť prepravy horľavých kvapalín potrubím s vysokým elektrickým odporom rádovo 10-10 ohmov by nemala prekročiť 1 m/s, aby sa predišlo akumulácii nebezpečného potenciálu. Pre acetón by rýchlosť prúdenia nemala prekročiť 10 m/s.

Pre ľudský život nepredstavujú výboje statickej elektriny smrteľnú hrozbu: sú to buď krátkodobé alebo nízke prúdy. Na ľudský organizmus však pôsobia fyziologicky. Časté výboje statickej elektriny spôsobujú medzi pracovníkmi nervozitu, ktorá niekedy vedie k porušovaniu technologických režimov, zníženiu produktivity práce. V dôsledku svalovej reakcie spôsobenej elektrickými výbojmi sú možné mechanické poranenia pohyblivými a nedostatočne chránenými časťami zariadenia. Vyskytli sa prípady, keď ľudia spadli z výšky, keď dostali údery od výboja statickej elektriny.

Vznik statickej elektriny na syntetických materiáloch vedie k rýchlej kontaminácii ich povrchu. V tomto ohľade existujú určité nepríjemnosti pri prevádzke nábytku, svietidiel, domácich predmetov vyrobených z plastu atď.

Zistilo sa, že znečistenie odevov zo syntetických vlákien je 300- až 500-krát väčšie ako u bavlneného oblečenia. Pri nosení takýchto odevov zo syntetickej tkaniny sa u človeka rýchlo zhoršuje mikroklíma, v dôsledku čoho je narušené dýchanie pokožky, prenos tepla atď.

Elektrifikácia syntetických materiálov prispieva k intenzívnejšiemu uvoľňovaniu ich základných zložiek (V. A. Tsendrovskaya, A. M. Shevchenko, 1969) a zvyšuje rýchlosť ich chemického ničenia. Nebezpečenstvo statickej elektriny vznikajúcej na povrchu polymérov spočíva aj v tom, že prchavé toxické látky, ktoré sa z nich uvoľňujú, získavajú potenciál, ľahšie prenikajú do tela.

Vedci v mnohých krajinách sú teraz zaneprázdnení problémom boja proti elektrifikácii. Ale ukazuje sa, že nie každú elektrifikáciu treba zničiť. SEP Zeme teda neustále ovplyvňuje životnú aktivitu organizmu, ale izolácia človeka od tohto poľa nepriaznivo ovplyvní jeho pohodu. Príkladom je zlý zdravotný stav niektorých ľudí pri cestovaní v celokovových vagónoch a lietadlách, keď je EPS Zeme tienený kovovým puzdrom (Yu. Morozov, 1969).

Na meranie elektrostatických nábojov v prírodných podmienkach sa používajú rôzne meracie prístroje, ktorých použitie závisí od druhu syntetického materiálu a prostredia. Na meranie veľkosti potenciálu akumulovaného na polymérnych materiáloch bolo v laboratóriu vytvorené zariadenie, ktoré simuluje hlavné faktory - rýchlosť trenia, zaťaženie vzoriek materiálov (K. I. Stankevich, V. A. Tsendrovskaya, 1970).

Stupeň elektrifikácie polymérnych materiálov do značnej miery závisí od chemické zloženie a elektricky vodivé vlastnosti. Napríklad elektrifikácia polyvinylchloridových (PVC) dosiek na latexovej živici je viac ako 20-krát nižšia ako na suspenznej živici. PVC dosky vyrobené zo zmesi latexu a suspenzných živíc majú nízky stupeň elektrifikácie. Najmenej elektrifikované plasty majú plnivá s hydrofilnými vlastnosťami.

Vlhkosť má významný vplyv na elektrifikáciu polymérnych materiálov (obr. 1). Pri vlhkosti 60-80% sa hodnota nabitia zníži 2-3 krát. Pri vlhkosti 80% vzniká monomolekulárna vrstva, ktorá spôsobuje stratu schopnosti materiálu akumulovať na povrchu náboje statickej elektriny. Zníženie obsahu vlhkosti vo vzduchu vedie k zvýšeniu vodivosti polymérneho materiálu.

Voda adsorbovaná na povrchu materiálu sa pri zmene vlhkosti média desorbuje a vzorka si zachováva svoje dielektrické vlastnosti niekoľko mesiacov. Pri dlhodobom skladovaní na vzduchu však klesá schopnosť plastov akumulovať náboje statickej elektriny. Zdá sa, že je to spôsobené deštruktívnymi zmenami

Ryža. jeden.

Nahromadené na polyméroch z vlhkosti okolitého vzduchu.

Ryža. 2.

Akumulované na polyméroch pri relatívnej vlhkosti: A – 30 %, B, C – 50 %, D, D – 60 %. materiál pod vplyvom nielen vody, ale aj iných environmentálnych faktorov.

Existuje tiež určitý matematický vzťah medzi veľkosťou náboja akumulovaného na polymérnom materiáli a teplotou okolia (obr. 2). Závislosť náboja od teploty je inverzná - s poklesom teploty pri rovnakej vlhkosti sa pozoruje nárast náboja. Vplyv teploty na veľkosť náboja je však oveľa menej výrazný ako vplyv vlhkosti.

Pre niektoré syntetické materiály, ako sú odevy na báze nylonu, môže byť teplotná závislosť vyjadrená nasledujúcim vzorcom (Capt James, 1963):

kde Q je výška poplatku;

A a B = konštantné hodnoty;

T - teplota vzduchu.

Pri štúdiu odevov v podmienkach Ďalekého severu sa potvrdilo, že výpočty pomocou tohto vzorca je možné vykonať na určenie elektrifikácie pri teplotách od -45 do 10 °C. Pri znalosti veľkosti nábojov v podmienkach dvoch teplôt je možné vypočítať veľkosť náboja, ktorý sa vyskytuje pri akejkoľvek inej teplote.

Z polymérov používaných na podlahové krytiny má najvyššiu elektrickú vodivosť PVC linoleum a dosky. Pri vlhkosti vzduchu 15-30% môže náboj na podlahových krytinách PVC linoleum dosiahnuť cca 2000 V. Pri relatívnej vlhkosti vzduchu a teplote 20 ± 3°C vzniká stabilné pole statickej elektriny, ktorého veľkosť závisí o prítomnosti a povahe elektrického zariadenia. V miestnostiach s parketovými podlahami intenzita poľa v blízkosti povrchu podlahy a na ľudskom tele nepresahuje 50 V/cm. Zároveň v miestnostiach s veľkým množstvom zariadení na povrchu podlahy pokrytej PVC linoleom dosahuje náboj niekoľko desiatok kilovoltov. Pri chôdzi po týchto podlažiach sa na tele pracovníkov hromadia náboje až 40 kV a viac. Relínové, nitrolinoleové, kumarónové platničky majú nižšie elektrické vlastnosti.

Štúdie elektrifikácie podlahových krytín z polymérnych materiálov v prírodných podmienkach rôznych klimatických pásiem ZSSR ukázali, že veľkosť náboja statickej elektriny kolíše najmä v rozmedzí 300-500 V/cm. Niekedy dosahuje 1500-2000 V/cm pri nízkej vlhkosti vzduchu (20-25%), hlavne na dovážaných plastoch, ktorých obsah spojiva je asi 50% z celkovej hmotnosti materiálu. Názor, že v podmienkach Arktídy a Kazachstanu, kde je nízka relatívna vlhkosť atmosférického vzduchu (10-20%), dosahuje elektrifikácia podlahových krytín z polymérnych materiálov desiatky kilovoltov, nebol opodstatnený. Je to spôsobené tým, že nízka relatívna vlhkosť sa pozoruje iba vo voľnej atmosfére, zatiaľ čo v interiéri je vyrovnaná vo všetkých klimatických zónach.

Pri hromadnom prieskume medzi obyvateľstvom obývajúcim izby s plastovými podlahovými krytinami sa zistilo, že sťažnosti na vplyv statickej elektriny sa redukujú najmä na bolesti hlavy, únavu a bolesti v oblasti srdca.

Pri elektrifikácii plastových podlahových krytín je podstatný vzhľad materiálu podrážky obuvi. Z 9 materiálov podošvy (VMSh, koža, BSh, BM, VM, vulcanit, f, kožené vlákno, plsť) najväčšiu elektrizáciu PVC linolea pri 60% vlhkosti vzduchu spôsobuje náhrada kože VMSh (1400 V), najmenšie je cítiť (710 V) .

Veľkosť náboja, ktorý vzniká pri trení, umožňuje nielen posúdiť vplyv elektrostatického poľa z hygienického hľadiska, ale aj posúdiť stupeň elektrizácie v porovnaní s potenciálom. Hodnota potenciálu sa určuje pomocou voltmetra (kilovoltmetra) a závisí od jeho kapacity. Preto rovnaká hodnota potenciálu zaznamenaná voltmetrom zodpovedá inému množstvu elektriny na skúmanom povrchu.

Veľký vplyv na úroveň elektrifikácie polymérnych materiálov má umývanie podláh, zariadení, pranie bielizne, sušenie 14 dní - 10-12 krát. Preto v prevádzkových podmienkach po opakovanej a dlhšej povrchovej úprave vodou klesá ich schopnosť akumulovať náboje statickej elektriny asi 10-12 krát.

Je známe, že povrchový odpor materiálov určuje jeho schopnosť statickej elektrifikácie (L. Loeb, 1963). Štúdie ukázali, že po krátkodobom navlhčení a vysušení vzoriek na vzduchu po dobu 15 minút sa ich povrchový odpor zníži 5–10 krát a po sušení na deň 1,5–3 krát. Ak sa tieto vzorky podrobia opakovanému zvlhčeniu, potom sa ich dielektrické vlastnosti neobnovia ani 10 dní po poslednom zvlhčení. Je to pravdepodobne spôsobené tým, že vzorky obsahujú látky, ktoré môžu absorbovať vlhkosť vo veľkých množstvách (íl, mastenec, baryt, vápenný prášok). Navlhčenie vzoriek vedie k absorpcii vlhkosti v celom materiáli. Desorpcia z vnútorných vrstiev je oveľa pomalšia ako z povrchu.

Z faktorov ovplyvňujúcich úroveň akumulácie statickej elektriny na polymérnych materiáloch je potrebné poznamenať aj zaťaženie vzorky. Množstvo náboja je priamo úmerné zaťaženiu. Dvojnásobné zvýšenie zaťaženia vedie k zvýšeniu náboja 1,3-1,5-krát.

Úroveň elektrifikácie syntetických tkanín je výrazne ovplyvnená ich vodivosťou a sorpčnými vlastnosťami. Najvyššie elektrifikované vlastnosti majú materiály s nízkou vodivosťou a sorpčnými vlastnosťami (E. X. Tsirin, 1973).

Existuje jasná korelácia medzi elektrifikovanými tkanivami a ich sorpčnými vlastnosťami (tabuľka 3).

Tabuľka Závislosť elektrifikovaných textilných materiálov od ich sorpčných vlastností

V debne sa statická elektrina na tele pracovníkov nezaznamenáva a na zariadení je 1 kV. Približne v rovnakých medziach sa hodnoty statickej elektriny zisťujú na výrobnej linke pletiarskeho závodu. Najvyššie úrovne statická elektrina sa akumuluje na vlasovom stroji, najmä pri výrobe bavlnených výrobkov (do 20-30 kV), polovlnených (do 20 kV), hodvábu s viskózou (do 30 kV), nylonu (do 30 kV). 40 kV).

Elektrifikácia pracovníkov zapojených do rôznych technologických procesov je: pri práci na vlasovom stroji - od 0,5 do 2 kV (v závislosti od typu tkaniny), na strihacom stroji - od 1,5 do 3 kV. V osnovárni a iných priestoroch nie je pozorovaná žiadna elektrifikácia.

Veľmi dôležitou a naliehavou úlohou je vyvinúť opatrenia, ktoré vylúčia alebo znížia možnosť vystavenia osoby statickej elektrine v práci a doma. Na zníženie elektrifikácie dielektrík bolo vyvinutých niekoľko metód: ionizácia prostredia, inštalácia špeciálnych zariadení - neutralizátorov a zvýšenie vodivosti materiálov. Medzi nimi je najúčinnejšie zvýšenie vodivosti polymérov zavedením antistatických činidiel do ich zloženia. Tieto látky odstraňujú statický náboj, ktorý sa môže hromadiť na povrchu materiálu, preto musia mať hydrofilný alebo iónový charakter.

Použitie antistatických činidiel pri výrobe našej krajiny je v plienkach. Výsledky prvých experimentálnych štúdií polymérnych materiálov s antistatickými činidlami zavedenými do ich zloženia potvrdili prísľub tejto metódy. Aplikácia antistatického prostriedku na povrch znižuje elektrizovanie materiálu o 2-5. raz.

Veľký význam majú antistatické vlastnosti lieku a jeho množstvo. Spomedzi skúmaných 8 antistatických liečiv (stearox-6, stearox-920, oxalin G-2, sintanol DT-7, sintanol DS-10, oxanol US-17, oxanol 0-18, prípravok OS-20) boli najúčinnejšie oxanol 0-18, oxalín C-2 a sintanol DS-10.

Hlavné požiadavky na antistatické činidlá sú nasledovné. Musia zabrániť hromadeniu statického náboja alebo ich veľmi rýchlo vybiť. Okrem toho by antistatické činidlá mali zvýšiť povrchovú vodivosť plastov, aby súvisiace náboje rýchlo odtiekli do okolitej atmosféry. Zvýšenie povrchovej vodivosti možno dosiahnuť buď zvýšením koncentrácie vlhkosti v materiáli zvýšením hygroskopickosti jeho povrchu alebo vytvorením organických vodivých vrstiev.

Jeden z efektívne metódy zníženie akumulácie statickej elektriny je zníženie koeficientu trenia medzi polymérom a materiálom, ktorý je s ním v kontakte. To si vyžaduje, aby antistatické činidlo vytvorilo na povrchu plastu film podobný gume.

V súčasnosti bolo ako antistatické činidlo navrhnuté veľké množstvo látok. Väčšina z nich patrí do jednej z 5 tried: nitrozlúčeniny (amíny s dlhým reťazcom, amidy a kvartérne zásady alebo soli), sulfónové kyseliny alebo arylalkylsulfonáty, kyseliny obsahujúce fosfor alebo arylalkylfosfáty, polyglykoly a ich deriváty vrátane esterov mastných kyselín s polyglykolom a polyglykolarylalkylderiváty, polyhydrolyzované alkoholy a ich deriváty.

Antistatické prostriedky sa nanášajú na povrch plastov alebo sa do nich zapracúvajú. Účinnejšie sú antistatické prísady zavádzané do plastu. Materiály používané na tieto účely by mali mať nízky elektrický odpor a tvoriť na povrchu film s roztokmi vody alebo iných prchavých rozpúšťadiel s nízkou povrchovou energiou.

Účinnosť všetkých antistatických prostriedkov výrazne klesá s klesajúcou vlhkosťou vzduchu. Je to pravdepodobne spôsobené tým, že malé množstvá sorpčnej vlhkosti majú vplyv na ionizáciu, ktorá sa môže vyskytnúť v neiónových antistatických prostriedkoch.

Mnohé môžu vytvárať antistatický povrch chemické zlúčeniny. Zároveň je pri zavádzaní týchto látok do zloženia polymérov výber obmedzenejší, pretože ich účinnosť môže byť špecifická pre každý typ plastu. Napríklad kvartérne amóniové zlúčeniny sú výhodnejšie na použitie v polystyréne a étery polyetylénglykolu v polyetyléne. Okrem toho musia mať tieto prísady určitý súbor vlastností. Autor: chemické vlastnosti musia mať určitú kompatibilitu s plastmi, pretože existujú limity, pri ktorých je účinnosť najvyššia. Veľmi vysoká kompatibilita vedie k úplnému rozpusteniu činidla v plaste. Preto musí byť na povrchu materiálu vždy určité množstvo látky, ktorá dodáva antistatické vlastnosti. Ak sa povrchová vrstva zmyje, potom antistatické činidlo zostáva v hmote materiálu a nevystupuje na povrch. Veľmi nízka kompatibilita vedie k stratifikácii hmoty. To sa môže stať pri zlúčenine s nízkou molekulovou hmotnosťou a viesť k nežiaducemu výsledku potenia. Pokusy a pozorovania v prírodných podmienkach ukázali, že prostriedok by mal mať priemernú kompatibilitu s plastmi.

Kompatibilita je určená schopnosťou antistatického činidla difundovať cez materiál. Táto vlastnosť je obzvlášť dôležitá a je ukazovateľom efektívnej životnosti agenta. Je zrejmé, že zlúčeniny s nízkou molekulovou hmotnosťou sa budú voľne pohybovať v hmote materiálu na jeho povrch. V takýchto prípadoch, hoci výkon agenta môže byť dobrý, jeho životnosť bude krátka. Pri bežnom používaní sa prostriedok dá ľahko zotrieť a keďže je množstvo obmedzené, jeho pôsobenie nemôže byť dlhotrvajúce. Zároveň sa zlúčeniny s vysokou molekulovou hmotnosťou alebo vysokou kompatibilitou budú pohybovať pomalšie a ich aktivita bude dlhšia. Okrem toho, ak je kompatibilita prísady s plastmi veľmi vysoká, potom je potrebné viac antistatického činidla, a preto sa jeho mechanické vlastnosti zhoršujú.

Rýchlosť difúzie je určená časom, ktorý trvá, kým sa na povrchu vytvorí maximálna koncentrácia, alebo časom medzi výrobou produktu a jeho antistatickými vlastnosťami. Rovnováhu medzi kompatibilitou a rýchlosťou difúzie možno nastaviť dvoma spôsobmi. V prvom rade je možné zmeniť pôsobenie antistatického prostriedku pridaním druhej zložky, čím sa zvýši alebo zníži kompatibilita a následný pohyb. Ďalším spôsobom by mohlo byť vytvorenie takéhoto antistatického činidla, ktorého molekulárna štruktúra zahŕňa chemické zlúčeniny, ktoré vytvárajú rovnováhu medzi kompatibilitou a schopnosťou pohybu. Napríklad sériu alkoholových kvartérnych amóniových zlúčenín možno pripraviť s rôznymi katiónovými a aniónovými zlúčeninami.

Mnohé antistatické prostriedky sa nepoužívajú pre ich tepelnú nestabilitu pri výrobe a spracovaní plastov. V súčasnosti existuje len málo zlúčenín so stabilnou chemickou štruktúrou, ktoré dokážu poskytnúť trvalý antistatický účinok a zároveň odolávať vysokej teplote a tlaku bez toho, aby sa rozpadli. Napríklad sa zistilo, že kvartérne amóniové zlúčeniny sú nestabilné pri vysoká teplota a pri spracovaní plastov

Takáto reakcia je nebezpečná nielen preto, že pridaná látka stráca svoje antistatické vlastnosti, ale aj preto, že sa uvoľňuje kyselina, ktorá zvyšuje koróziu zariadení používaných v plastikárskom priemysle.

Antistatické činidlá by mali byť málo prchavé a netoxické a mali by mať dlhotrvajúci antistatický účinok. Je veľmi ťažké predvídať trvanie účinku antistatického činidla, pretože pri prevádzke plastov je neustále narušená jeho povrchová vrstva, difúzia a rovnováha antistatického činidla.

Antistatické prísady zavedené do plastu musia mať určité percento v pomere k nemu. Optimálna koncentrácia antistatických činidiel závisí najmä od ich afinity k polyméru a povrchu na jednotku objemu, t.j. o koľko je povrch častíc na jednotku objemu v prísade väčší ako v polyméri. Pozorovania ukázali, že na vytvorenie odolnej povrchovej vrstvy je potrebná minimálna koncentrácia zlúčenín. Ďalšie zvýšenie koncentrácie nedáva okamžitý účinok, hoci v tomto prípade sa možno vytvorí rezerva na doplnenie strát zlúčeniny počas rozkladu.

Prostriedok musí mať tak nízku molekulovú hmotnosť, aby migroval na povrch, a zároveň dostatočne vysokú, aby mal určitú odolnosť a nedal sa z povrchu ľahko odstrániť. Antistatické činidlá by mali byť bezfarebné alebo mať slabú farbu, pretože silne sfarbené zlúčeniny spôsobujú určité ťažkosti pri získavaní bledých odtieňov.

Pôsobenie antistatických činidiel by malo byť založené na jednom alebo viacerých fyzikálnych javoch: na hygroskopickosti - zachytávať vodu z atmosféry, polarite - činidlo predstavuje polárnu zlúčeninu a vedie prúd, viskozite - činidlo musí mať taký stupeň viskozity, aby zachytáva elektróny pohybujúce sa smerom k povrchu.

Neexistujú žiadne univerzálne antielektrostatické činidlá, pretože sú určené typom plastu, jeho účelom atď.

V poslednej dobe sa veľká pozornosť venuje štúdiu biologického účinku statickej elektriny. Tento záujem nie je náhodný. Je známe, že statická elektrina, ktorá vzniká napríklad pri nosení chlórovanej bielizne, pôsobí terapeuticky (K. A. Rapoport, 1965) pri niektorých neurologických ochoreniach (reumatizmus, ischias, plexitída atď.). Pravdepodobne je tu pozorovaný rovnaký účinok ako pri jednej z metód elektroliečby - franklinizácii. Franklinizáciou sa rozumie liečba statickou elektrinou, ktorá zahŕňa kombinované pôsobenie ionizovaného vzduchu, vysokonapäťového poľa a malých výbojov medzi telom a elektródami franklinizéra. Avšak rozšírené používanie statickej elektriny ako náprava vyvoláva skepsu. Je to spôsobené tým, že doteraz nebolo objasnené, ktoré javy – fyzikálne alebo chemické – vedú k zlepšeniu.

Zároveň je známe, že ióny určujú nielen zásobenie pokožky kyslíkom, ale tiež aktivujú metabolické procesy v bunke. Preto je pri nosení oblečenia veľmi dôležité, aká polarita na ňom bude ŠVP. Napríklad pri nosení odevov vyrobených z lavsanovej látky vzniká okolo tela SEP negatívnej polarity, ktorá neumožňuje priechod vzduchových iónov so záporným nábojom. Pri nosení odevov z umelej vlny sa okolo tela vytvára elektrostatické pole s kladným nábojom, ktoré bráni prenikaniu vzdušných kyslíkových iónov do pokožky (N. N. Alfimov, V. V. Belousov, 1973).

Biochemické procesy v tele sú nemožné bez výmeny elektrických nábojov na molekulách bielkovín, tukov, sacharidov a solí.

Porušenie prieniku vzdušných iónov môže prispieť k rozvoju trofických zmien na koži a reflexným spôsobom k množstvu ďalších patologických zmien v organizme, najmä kardiovaskulárneho a nervového systému.

Experimentálne sa zistilo, že existuje úzka korelácia medzi elektrickými; odolnosť kože s takými indikátormi stavu centrálnej nervový systém, ako latentný reakčný čas na svetlo, zvuk, teplo, ako aj vzťah medzi úrovňou elektrického odporu kože a prahom vnemov, ktoré sa vyskytujú pri výbojoch statickej elektriny (N. S. Smirnitsky, G. A. Antropov, 1969). Existuje aj individuálna citlivosť kože u ľudí na pôsobenie statickej elektriny. Pravdepodobne je to spôsobené nerovnakým stavom kože u rôznych ľudí. Pleť môže byť mastná, normálna a suchá. Čím je suchší, tým väčší je jeho elektrický odpor a následne sa v ňom ukladá viac nábojov. S vekom bunky tela vrátane epidermy prechádzajú určitými zmenami, pokožka sa stáva suchšou. Starší ľudia sa často sťažujú na elektrické náboje pri dotyku nenabitých predmetov alebo inej osoby (S. Yu. Morozov, 1969). Pokožka sa vysušuje a časté umývanie horúca voda s mydlom.

V akútnom experimente sa zistilo (FG Portnov, 1968), že v dôsledku krátkodobého (15-60 min) pôsobenia SEP 4000 V / cm, počet erytrocytov, percento hemoglobínu a vegetatívne funkcie tela (srdcová frekvencia a dýchanie) sa odchyľujú od pôvodnej úrovne.

V chronickom experimente pri pôsobení SEP s napätím 2000 f/cm po dobu 1,5 mesiaca, 4 hodiny denne, 6-krát týždenne, hematologické parametre a stav. kardiovaskulárnych systémov s sa štatisticky významne nezmenili. Chronický experiment ukázal tendenciu oslabovať reaktivitu živočíšneho organizmu vo vzťahu k pôsobeniu SEP.

V produkčných podmienkach, kde SEP dosahovala 30-40 kV, choroby nervového a kardiovaskulárneho systému, poruchy ovariálno-menštruačného cyklu, chrípka a katary horn. dýchacieho traktu. Tieto údaje naznačujú, že u jedincov vystavených dlhodobej expozícii SEP je odolnosť organizmu voči infekčné choroby znížená.

Jedinci vystavení statickej elektrine majú zníženú odolnosť pokožky voči elektrický prúd zmenšuje sa sila a vytrvalosť svalov a kostí, spomaľujú sa nervové reakcie na svetlo a zvuk, zaznamenáva sa vyšší počet dní invalidity ako u ľudí, ktorí neboli vystavení SEP (L. I. Maksimová, 1972). Vplyvom SEP sa výrazne znižuje pH žalúdočnej šťavy a skracuje sa doba zrážania krvi.

Pri vystavení SEP so silou 400-500 V/cm experimentálne zvieratá vykazujú podstatné a konformačné zmeny v bunkách hlavy a miecha, nadobličky, pečeň, obličky, slezina, kostrové svalstvo, znižuje sa hematokrit, zvyšuje sa doba tepelnej koagulácie plazmatických bielkovín, eozinofília (B. M. Medvedev, S. D. Kovtun, 1969). Elektrofyziologické štúdie funkčného stavu periférne nervy naznačujú, že SEP zvyšuje latentnú periódu, trvanie akčného potenciálu a absolútnu refraktérnu fázu excitácie. Nárast týchto ukazovateľov v priebehu času považujú autori za mierne zníženie mobility excitačných procesov v nervových vláknach zmiešaných periférnych nervov. K tomu dochádza v dôsledku porušenia bunkovej permeability pre ióny draslíka a sodíka, čo, ako viete, priamo súvisí so zmenami elektrických reakcií v bunkách.

Zistilo sa, že SEP so silou 500 V / cm znižuje hmatovú citlivosť a citlivosť na bolesť, znižuje tonus a reaktivitu. cievny systém kože, krvný obeh v koži, zvyšuje odolnosť kože, znižuje redoxný potenciál (M. G. Shandala, V. Ya. Akimenko, 1973). Intenzita SEP 1000 V/cm okrem týchto zmien znižuje úroveň funkčnej stability chladových receptorov, baktericídnu kožu a veľkosť galvanických kožných reflexov, zvyšuje potenciály v /aktívnych bodoch srdca a pľúc. SEP 250 V / cm nespôsobuje (žiadne biologické posuny, a preto sa odporúča ako DU akumulácie na šatách. Ako DU akumulácie / SEP na šatách, KA Rapoport a spoluautori (1973), na základe prieskumu subjektov, odporúčame napätie 300 V / cm.

Aby sme regulovali SEP nahromadený na polymérnych materiáloch používaných v stavebníctve, uskutočnili sme štúdie na bielych potkanoch v simulovaných podmienkach (K. I. Stankevich et al., 1972). Nami vytvorené nastavenie pozostáva z komory s rozmermi 45 x 30 x 13 cm, pomocou držiakov sa elektródy môžu približovať a vzďaľovať od komory, ako aj meniť svoju polohu voči komore (horizontálne alebo vertikálne). To umožňuje skúmať vplyv smeru siločiar vzhľadom na telo pokusných zvierat. V komore je možné študovať biologický účinok HSE aj jeho náboja.

Ako generátor statickej elektriny sa používajú vzduchové franklinizéry zapojené do siete. Na reguláciu napätia dodávaného vzduchovými franklinizérmi je v komore inštalovaný kilovoltmeter. Výpočet napätia SEP (E) v komore sa vykonáva podľa vzorca:

Kde G je napätie uvedené na stupnici kilovoltmetra;

H je vzdialenosť medzi elektródami.

Uskutočnili sme štúdie v simulovaných podmienkach pri sile SEB 1800, 1100, 300, 150 V/cm, t.j. v najtypickejších prírodných podmienkach. Podľa týchto štúdií sú najcitlivejšími indikátormi pre pôsobenie SEP na organizmus zvierat redoxné enzýmy – peroxidáza, kataláza, sukcinátdehydrogenáza. Pri napätí poľa 300 V/cm a vyššom sa u pokusných zvierat štatisticky významne znížila aktivita peroxidázy, indexy peroxidázy a katalázy, tieto posuny však začali až od 2. mesiaca experimentu.

Po 2 týždňoch od začiatku experimentu sa štatisticky významne zvýšil obsah adrenalínu v moči, zvýšila sa zrážanlivosť krvi a znížila sa osmotická rezistencia erytrocytov.

Stabilný charakter malo zníženie tepelného odporu plazmatických bielkovín a krvných leukocytov, ako aj zvýšenie množstva sodíkových iónov v krvnej plazme. Ten je pravdepodobne spôsobený zvýšenou permeabilitou bunkových membrán pod vplyvom HSE. A ako viete, ióny Na + ovplyvňujú excitabilitu nervového systému, vodnú rovnováhu a tvorbu adaptačných vlastností tela. Krvné parametre (počet erytrocytov, eozinofilov, retikulocytov, percento hemoglobínu, obsah cukru) mali fázový charakter, čo možno zrejme vysvetliť dráždivým účinkom SEP na hematopoetickú funkciu kostnej drene a počiatočným stresom v kostnej dreni. telo s následnou adaptáciou.

Spolu so štúdiami na zvieratách vykonali lekári komplexné vyšetrenieúdržbára diaľkovej telefónnej ústredne, kde elektrifikácia podlahových krytín na báze PVC linolea a tela pracovníkov dosahuje 10-30 kV. 71 % zamestnancov malo funkčné poruchy z nervového systému a v 44% - z kardiovaskulárnej strany. Zamestnanci sa sťažovali na neustále bolesti hlavy, zvýšenú podráždenosť a únavu, bolesti v oblasti srdca, ktoré sa počas pracovného dňa zintenzívňovali. Hematologické štúdie odhalili závažnú leukopéniu a pokles hematokritu.

Štúdie teda ukázali, že hodnota SEP 300 V/cm je prahová a 150 V/cm je podprahová a môže byť regulovaná ako „neaktívna“.

Veľmi dôležitou teoretickou a praktickou otázkou uvažovaného problému je objasnenie mechanizmu biologického účinku HSE. Z prezentovaných údajov je vidieť, že odhalenie mechanizmov odpovedí na ŠVP predstavuje značné ťažkosti.

B. M. Medvedev a S. D. Kovtun (1969) sa domnievajú, že mechanizmus biologického pôsobenia SEP je založený na porušení konformačných procesov c. proteínové bunkové zložky v dôsledku posunov elektrostatických vnútrobunkových síl a porúch bunkového metabolizmu. FG Portnov a spoluautori (1973) považujú za jeden zo spojov v mechanizme biologického pôsobenia SEP účasť adrenoreceptorov.

Naše štúdie ukazujú, že permeabilita bunkových membrán a narušená aktivita oxidoreduktáz zohrávajú dôležitú úlohu v mechanizme biologického účinku HSE.

Yu.L. Kholodov (1966) verí, že fyziologický účinok SEP na telo sa uskutočňuje reflexným spôsobom. Dráždením zakončení trojklaného nervu a iných nervov môže SEP spôsobiť zmenu funkčného stavu centrálneho nervového systému. Okrem toho dochádza k zmene citlivosti kože, stimulácii kapilárneho obehu, normalizácii cievneho / tonusu, posunu v morfologickom zložení krvi, zlepšeniu výmeny plynov a činnosti gastrointestinálneho traktu.

Statický stres prináša výhody a niekedy aj problémy. Skúsme prísť na to, prečo. Na priateľskej párty zmiešajte v pohári lyžicu soli a štipku korenia. Požiadajte priateľov, aby zmes rozdelili na zložky. Po márnych pokusoch im ukážte malý experiment. Učešte si vlasy plastovým hrebeňom a potom sa ho dotknite obsahu pohára. Čiastočky papriky samy vyskočia z nádoby. Základom tohto zábavného zážitku je zaujímavý fenomén statickej elektriny.

Pod slovom "elektrina" vedci myslia interakciu elektrických nábojov. Ich pohyb je zefektívnený, takže ľudia môžu využívať rôzne zariadenia a mechanizmy: od varnej kanvice až po trolejbus. Statická elektrina sa so spustením chladničky či mobilného telefónu neponáhľa. Je v stave relaxácie. To znamená, že bezplatný poplatok je zachovaný, kým nevzniknú podmienky na pohyb. Je to celkom jednoduché: predstavte si hasiča, ktorý čaká na správu o požiari v bytovom dome.

Ako bola objavená statická elektrina

Asi pred osemtisíc rokmi naši predkovia krotili divé kozy a ovce. Všimli si, že vlnené výrobky majú nezvyčajnú schopnosť akumulovať náboj. Staroveký grécky matematik Thales sa prvýkrát pokúsil sformulovať pojem statickej elektriny. Na svoje experimenty používal jantár. Kameň pri trení vlnenou handričkou priťahuje malé ľahké čiastočky. Potom z tohto fenoménu nemohli ťažiť. Elektrón je grécky jantár. Oveľa neskôr bola po ňom pomenovaná elementárna častica so záporným nábojom.

O dvetisíc rokov neskôr dvorný lekár anglickej kráľovnej William Gilbert opisuje, čo je statická elektrina. V jeho vedecká práca vo fyzike kladie dôraz na súvisiaci charakter elektriny a javov magnetizmu. Výskum Britov sa stal začiatkom podrobného štúdia témy medzi kolegami v Európe. Jasnejšiu koncepciu statickej elektriny priniesla skúsenosť Otta von Guerickeho. Nemec zostavil prvý elektrostatický mechanizmus. Bola to guľa síry na železnej tyči. V dôsledku toho sa vedec dozvedel, že predmety pod vplyvom elektriny sa môžu nielen priťahovať, ale aj odpudzovať.

Trochu vedy

Dnes sú príčiny statickej elektriny dobre známe. Tento jav je pozorovaný na povrchoch niektorých predmetov v dôsledku interakcie s inými materiálmi. Sila náboja a jeho schopnosť pretrvávania závisí od ich vlastností a zloženia. Najjednoduchším príkladom interakcie telies je trenie. Čím intenzívnejšie a rýchlejšie si dievča češe vlasy, tým silnejší je náboj. Statická elektrina obklopuje ľudí všade, no nie vždy si ju všimnú. Elektrostatický náboj vzniká za slnečného počasia pri jazde autom. Hromadia sa z napätia, ktoré vzniká medzi asfaltom a karosériou. Ak vodič nepoužije antistatický prostriedok, spôsobí to iskrenie.

Nebezpečenstvo statickej elektriny

Väčšina javov statickej elektriny v Každodenný životľudia si to jednoducho nevšimnú. Pri používaní oblečenia z vlny alebo syntetiky môžu vzniknúť menšie nepríjemnosti. Aktuálne hodnoty sú v tomto prípade veľmi malé a nezanechávajú zranenia. Na úrovni domácnosti je to celkom bezpečné. Ťažkosti vznikajú pri priemyselnej výrobe, spracovateľskom priemysle alebo strojárstve. Vo veľkých množstvách sú vo výrobe prítomné elektrostatické náboje. Obrábacie stroje, separátory, dopravníkové pásy môžu mať značný potenciál.

Ak existuje veľa takýchto faktorov, vytvorí sa elektrické pole s indikátormi vysokej sily. Toto prostredie je nielen nepríjemné, ale aj zdraviu nebezpečné. Hlavným problémom v nebezpečných výrobných prostrediach je nebezpečenstvo požiaru statickej elektriny. Na povrchu zariadenia alebo oblečenia sa môže nahromadiť veľký náboj. Hovoríme o práci s horľavými kvapalinami, horľavými plynmi a výbušnými zmesami. Iskra môže spôsobiť vážnu nehodu.

ESD ochrana

Aby sa predišlo nepriaznivým vplyvom tohto javu, bol vypracovaný štátny štandard pre indikátor intenzity elektrostatických polí. Jeho maximálna povolená úroveň je 60 kV/m za hodinu. Môžu sa líšiť v závislosti od času, kedy sa pracovník nachádza v nebezpečnej oblasti. Meranie úrovne statickej elektriny je úlohou pre profesionála. Kľúčovým ukazovateľom je závislosť odporu poľa (jeho schopnosť zabrániť prechodu prúdu) a jeho intenzity (pomer intenzity poľa k veľkosti náboja). To je základ pre činnosť meracích prístrojov.

Vplyv statickej elektriny na ľudské telo môže byť škodlivý a spôsobuje rôzne choroby vrátane duševných. Ak hovoríme o priemyselnej bezpečnosti vo všeobecnosti, existujú dva hlavné spôsoby boja:

1. Zníženie možnosti tvorby elektrostatických nábojov.
2. Eliminácia akumulácie elektrostatických nábojov.

Na zníženie trenia sú časti zariadenia brúsené a mazané. Rovnaké materiály sa používajú na výrobu mechanizmov. Nábojov sa môžete zbaviť uzemnením strojov.

Statická elektrina môže byť komplikovaná pri striekaní alebo striekaní tekutín nízke skóre prúdová vodivosť. To je plné ich vznietenia.

Problém je vyriešený použitím špeciálnych nádob a podmienok spracovania. TO osobné prostriedky Existuje niekoľko typov ochrany pred statickým napätím:

1. Špeciálne oblečenie (nohavice a bunda).
2. Topánky s podrážkou, ktorá poskytuje izoláciu.
3. Rukavice.
4. Náramky na odstránenie dielektrického napätia.

Nie je zlé bez dobra

Statická elektrina je nielen škodlivá, ale aj prospešná. S rozvojom technológie ľudia skrotili statickú elektrinu a naučili sa, ako z nej ťažiť. Tento jav sa teda úspešne používa pri laminovaní reziva v papierenskom priemysle. Nahromadený náboj pomáha pri výrobe a aplikácii etikiet a pri kvalitnom práškovom lakovaní automobilov.

Každodenná činnosť každého človeka je spojená s jeho pohybom v priestore. Zároveň nechodí len pešo, ale cestuje aj dopravou.

Pri akomkoľvek pohybe dochádza k redistribúcii statických nábojov, ktoré menia rovnováhu vnútornej rovnováhy medzi atómami a elektrónmi každej látky. Je spojená s procesom elektrifikácie, tvorby statickej elektriny.

V pevných látkach dochádza k rozloženiu nábojov v dôsledku pohybu elektrónov a v kvapalných a plynných telách elektrónov aj nabitých iónov. Všetky spolu vytvárajú potenciálny rozdiel.

Príčiny vzniku statickej elektriny

Najčastejšie príklady prejavu statických síl vysvetľujú v škole na prvých hodinách fyziky, keď o vlnenú látku obtierajú sklenené a ebonitové tyče a predvádzajú, ako k nim priťahujú malé papieriky.

Známa je aj skúsenosť s vychyľovaním tenkého prúdu vody pôsobením statického náboja sústredeného na ebonitovú tyč.

V každodennom živote sa statická elektrina prejavuje najčastejšie:

pri nosení vlneného alebo syntetického oblečenia;

chôdza v topánkach s gumenou podrážkou alebo vlnenými ponožkami na kobercoch a linoleu;

pomocou plastových predmetov.

Situácia sa zhoršuje:

suchý vnútorný vzduch;

železobetónové steny, z ktorých sú postavené viacpodlažné budovy.

Ako vzniká statický náboj?

Zvyčajne fyzické telo obsahuje rovnaký počet pozitívnych a negatívnych častíc, vďaka čomu sa v ňom vytvára rovnováha, ktorá zabezpečuje jeho neutrálny stav. Pri jej porušení telo získava elektrický náboj určitého znamenia.

Statický označuje stav pokoja, keď sa telo nehýbe. Vo vnútri jeho látky môže dôjsť k polarizácii - pohybu nábojov z jednej časti do druhej alebo ich prenosu z blízkeho objektu.

K elektrifikácii látok dochádza v dôsledku získavania, odstraňovania alebo oddeľovania nábojov, keď:

interakcia materiálov v dôsledku síl trenia alebo rotácie;

prudký pokles teploty;

ožarovanie rôzne cesty;

oddelenie alebo rezanie fyzických tiel.

Sú rozmiestnené po povrchu objektu alebo vo vzdialenosti od neho v niekoľkých medziatómových vzdialenostiach. Pri neuzemnených telesách sa rozprestierajú po ploche kontaktnej vrstvy a pri tých, ktoré sú spojené s obrysom zeme, na ňu prúdia.

K získavaniu statických nábojov telom a ich prúdeniu dochádza súčasne. Elektrifikácia je zabezpečená vtedy, keď telo prijíma väčší energetický potenciál, ako vydáva vo vonkajšom prostredí.

Z tohto ustanovenia vyplýva praktický záver: na ochranu tela pred statickou elektrinou je potrebné odviesť z neho získané náboje do zemného okruhu.

Metódy hodnotenia statickej elektriny

Fyzikálne látky sa podľa ich schopnosti vytvárať elektrické náboje rôznych znakov pri interakcii trením s inými telesami charakterizujú podľa stupnice triboelektrického javu. Niektoré z nich sú zobrazené na obrázku.

Ako príklad ich vzájomného pôsobenia možno uviesť tieto skutočnosti:

chôdza vo vlnených ponožkách alebo topánkach s gumenou podrážkou po suchom koberci môže nabiť ľudské telo až 5÷-6 kV;

karoséria auta jazdiaceho po suchej vozovke nadobúda potenciál až 10 kV;

hnací remeň otáčajúci kladku sa nabíja až do 25 kV.

Ako vidíte, potenciál statickej elektriny dosahuje veľmi veľké hodnoty aj v domácich podmienkach. Nespôsobuje nám však veľa škody, pretože nemá vysoký výkon a jeho výboj prechádza cez vysoký odpor kontaktných podložiek a meria sa v zlomkoch miliampéra alebo o niečo viac.

Okrem toho výrazne znižuje vlhkosť vzduchu. Jeho vplyv na veľkosť telesného stresu pri kontakte s rôznymi materiálmi je znázornený v grafe.

Z jeho rozboru vyplýva záver: vo vlhkom prostredí sa statická elektrina objavuje menej. Preto sa na boj proti nej používajú rôzne zvlhčovače.

V prírode môže statická elektrina dosiahnuť obrovské úrovne. Pri pohybe oblakov na veľké vzdialenosti sa medzi nimi hromadia výrazné potenciály, ktoré sa prejavujú bleskami, ktorých energia stačí na rozštiepenie storočného stromu pozdĺž kmeňa alebo spálenie obytnej budovy.

Keď sa v každodennom živote vybíja statická elektrina, cítime „štípanie“ prstov, vidíme iskry vyžarujúce z vlnených vecí, cítime pokles sily a výkonnosti. Prúd, ktorému je naše telo v bežnom živote vystavené, negatívne ovplyvňuje zdravotný stav, stav nervovej sústavy, ale neprináša zjavné, viditeľné škody.

Výrobcovia meracích priemyselných zariadení vyrábajú zariadenia, ktoré vám umožňujú presne určiť veľkosť napätia nahromadených statických nábojov na puzdrách zariadení aj na ľudskom tele.

Ako sa chrániť pred statickou elektrinou vo vašej domácnosti

Každý z nás musí pochopiť procesy, ktoré tvoria statické výboje, ktoré predstavujú hrozbu pre naše telo. Mali by byť známe a obmedzené. Na tento účel sa konajú rôzne vzdelávacie podujatia, vrátane populárnych televíznych relácií pre obyvateľstvo.

Na nich dostupné prostriedky sú uvedené spôsoby vytvárania statického napätia, princípy jeho merania a spôsoby realizácie preventívnych opatrení.

Napríklad vzhľadom na triboelektrický efekt je najlepšie česať vlasy hrebeňmi z prírodného dreva, a nie kovovými alebo plastovými, ako to robí väčšina ľudí. Drevo má neutrálne vlastnosti a pri trení o vlasy nevytvára náboje.

Na odstránenie statického potenciálu z karosérie auta pri pohybe na suchej vozovke sa používajú špeciálne pásky s antistatickým prostriedkom, ktoré sa pripevňujú na spodok. Ich rôzne typy sú široko prezentované v predaji.

Ak na aute takáto ochrana nie je, potom je možné napäťový potenciál odstrániť krátkym uzemnením puzdra cez kovový predmet, napríklad kľúč zapaľovania auta. Tento postup je obzvlášť dôležité vykonať pred tankovaním.

Keď sa na odevoch vyrobených zo syntetických materiálov nahromadí statický náboj, je možné ho odstrániť úpravou výparov zo špeciálneho spreja s antistatickým zložením. Vo všeobecnosti je lepšie používať menej takýchto látok a nosiť prírodné materiály z ľanu alebo bavlny.

K hromadeniu nábojov prispievajú aj topánky s pogumovanou podrážkou. Stačí do nej vložiť antistatické vložky z prírodných materiálov, čím sa znížia škodlivé účinky na organizmus.

O vplyve suchého vzduchu, ktorý je typický pre mestské byty v zime, už bola reč. Špeciálne zvlhčovače vzduchu alebo aj malé kúsky navlhčenej látky umiestnené na bytarii zlepšujú situáciu a znižujú tvorbu statickej elektriny. Pravidelné vykonávanie mokrého čistenia v priestoroch vám však umožňuje včas odstrániť elektrifikované častice a prach. Toto je jedna z najlepších obran.

Domáce elektrospotrebiče tiež počas prevádzky akumulujú statický náboj na skrinke. Systém vyrovnávania potenciálov pripojený k spoločnej zemnej slučke budovy je navrhnutý tak, aby znížil ich vplyv. Aj jednoduchá akrylátová vaňa alebo stará liatinová konštrukcia s rovnakou vložkou podlieha statike a je potrebné ju chrániť podobným spôsobom.

Ako sa chrániť pred statickou elektrinou vo výrobe

Faktory, ktoré znižujú výkon elektronických zariadení

Výboje, ktoré vznikajú pri výrobe polovodičových materiálov, môžu spôsobiť veľké škody, narušiť elektrické charakteristiky zariadení alebo ich dokonca znefunkčniť.

Vo výrobných podmienkach môže byť vypúšťanie náhodné a závisí od množstva rôznych faktorov:

hodnoty vytvorenej kapacity;

energetický potenciál;

elektrický odpor kontaktov;

typ prechodných procesov;

iné nehody.

V tomto prípade sa v počiatočnom momente asi desiatich nanosekúnd vybíjací prúd zvýši na maximum a potom sa zníži v priebehu 100–300 ns.

Charakter výskytu statického výboja na polovodičovom zariadení cez telo operátora je znázornený na obrázku.

Veľkosť prúdu je ovplyvnená: kapacitou náboja nahromadeného osobou, odporom jeho tela a kontaktnými podložkami.

Pri výrobe elektrického zariadenia môže vznikať statický výboj aj bez účasti obsluhy v dôsledku vytvárania kontaktov cez uzemnené plochy.

V tomto prípade je vybíjací prúd ovplyvnený kapacitou nabíjania akumulovanou puzdrom zariadenia a odporom vytvorených kontaktných plôšok. V tomto prípade je polovodič v počiatočnom momente súčasne ovplyvnený indukovaným potenciálom vysokého napätia a vybíjacím prúdom.

Kvôli takýmto komplexný vplyv poškodenie môže byť:

1. explicitné, keď sa výkon prvkov zníži do takej miery, že sa stanú nepoužiteľnými;

2. skryté - znížením výstupných parametrov, niekedy dokonca spadajúcich do stanovených továrenských špecifikácií.

Druhý typ porúch je ťažké odhaliť: najčastejšie ovplyvňujú stratu výkonu počas prevádzky.

Príkladom takéhoto poškodenia pôsobením vysokého statického napätia sú grafy odchýlok prúdovo-napäťových charakteristík vo vzťahu k dióde KD522D a integrovanému obvodu BIS KR1005VI1.

Hnedá čiara pod číslom 1 znázorňuje parametre polovodičových prvkov pred testovaním zvýšeným napätím a krivky s číslami 2 a 3 znázorňujú ich pokles pri pôsobení zvýšeného indukovaného potenciálu. V prípade č. 3 to má väčší vplyv.

Poškodenie môže byť spôsobené:

nadhodnotené indukované napätie, ktoré preráža dielektrickú vrstvu polovodičových zariadení alebo porušuje štruktúru kryštálu;

vysoká prúdová hustota spôsobujúca vysokú teplotu, čo vedie k taveniu materiálov a spáleniu vrstvy oxidu;

skúšky, elektrický tepelný výcvik.

Skryté poškodenie nemusí ovplyvniť výkon okamžite, ale až po niekoľkých mesiacoch alebo dokonca rokoch prevádzky.

Spôsoby vykonávania ochrany pred statickou elektrinou vo výrobe

V závislosti od typu priemyselného zariadenia sa používa jeden z nasledujúcich spôsobov udržiavania prevádzkyschopnosti alebo ich kombinácia:

1. vylúčenie tvorby elektrostatických nábojov;

2. blokovanie ich vstupu na pracovisko;

3. Zvyšovanie odolnosti zariadení a príslušenstva proti pôsobeniu výbojov.

Metódy č.1 a č.2 umožňujú chrániť veľkú skupinu rôznych zariadení v komplexe a č.3 sa používa pre jednotlivé zariadenia.

Vysoká účinnosť zachovania prevádzkyschopnosti zariadenia je dosiahnutá jeho umiestnením do Faradayovej klietky - priestoru oploteného zo všetkých strán jemnou kovovou sieťkou spojenou so zemnou slučkou. Vonkajšie elektrické polia neprenikajú dovnútra a sú prítomné statické magnetické polia.

Tienené káble fungujú podľa tohto princípu.

Statická ochrana je rozdelená podľa zásad vykonávania na:

fyzické a mechanické;

chemický;

konštrukčné a technologické.

Prvé dve metódy umožňujú zabrániť alebo znížiť tvorbu statických nábojov a zvýšiť rýchlosť ich toku. Tretia technika chráni zariadenia pred účinkami nábojov, ale neovplyvňuje ich odtok.

Stohovanie výbojov môžete zlepšiť:

vytvorenie korunovácie;

zvýšenie vodivosti materiálov, na ktorých sa hromadia náboje.

Vyriešte tieto otázky:

ionizácia vzduchu;

zvýšenie pracovných plôch;

výber materiálov s najlepšou objemovou vodivosťou.

Ich realizáciou sú vytvorené vopred pripravené vedenia na odvádzanie statických nábojov do zemnej slučky, ktoré bránia tomu, aby sa dostali na pracovné prvky zariadení. Zároveň sa berie do úvahy, že celkový elektrický odpor vytvorenej cesty by nemal presiahnuť 10 ohmov.

Ak majú materiály vysokú odolnosť, potom sa ochrana vykonáva inými spôsobmi. V opačnom prípade sa na povrchu začnú hromadiť náboje, ktoré sa môžu pri kontakte so zemou vybiť.

Príklad komplexnej elektrostatickej ochrany pracoviska pre operátora podieľajúceho sa na údržbe a nastavovaní elektronických zariadení je na obrázku.

Povrch stola je spojený so zemnou slučkou cez spojovací vodič a vodivú podložku pomocou špeciálnych svoriek. Operátor pracuje v špeciálnom oblečení, nosí topánky s vodivou podrážkou a sedí na stoličke so špeciálnym sedadlom. Všetky tieto opatrenia umožňujú kvalitné odstránenie nahromadených nábojov do zeme.

Pracovné ionizátory vzduchu regulujú vlhkosť, znižujú potenciál statickej elektriny. Pri ich užívaní sa berie do úvahy, že zvýšený obsah vodnej pary v ovzduší nepriaznivo ovplyvňuje zdravie človeka. Preto sa ho snažia udržiavať na úrovni okolo 40 %.

Tiež efektívnym spôsobom môže dochádzať k pravidelnému vetraniu miestnosti alebo k použitiu ventilačného systému v nej, kedy vzduch prechádza cez filtre, ionizuje sa a mieša, čím sa zabezpečí neutralizácia vzniknutých nábojov.

Na zníženie potenciálu akumulovaného ľudským telom je možné použiť náramky na doplnenie sady antistatického oblečenia a obuvi. Pozostávajú z vodivého pásika, ktorý je pripevnený k paži pomocou pracky. Ten je pripojený k uzemňovaciemu vodiču.

Táto metóda obmedzuje pretekajúci prúd Ľudské telo. Jeho hodnota by nemala presiahnuť jeden miliampér. Väčšie hodnoty môžu spôsobiť bolesť a úraz elektrickým prúdom.

Pri stekaní náboja na zem je dôležité zabezpečiť rýchlosť jeho odchodu za jednu sekundu. Na tento účel sa používajú podlahové krytiny s nízkym elektrickým odporom.

Pri práci s polovodičovými doskami a elektronickými súčiastkami je zabezpečená aj ochrana pred poškodením statickou elektrinou:

nútené prepínanie výstupov elektronických dosiek a blokov pri kontrolách;

pomocou nástrojov a spájkovačiek s uzemnenými pracovnými hlavami.

Nádoby s horľavými kvapalinami umiestnené na vozidlách sú uzemnené pomocou kovového obvodu. Dokonca aj trup lietadla je dodávaný s kovovými káblami, ktoré pri pristávaní fungujú ako ochrana pred statickou elektrinou.

Čo je statická elektrina

Statická elektrina nastáva, keď je vnútroatómová alebo intramolekulárna rovnováha narušená v dôsledku získania alebo straty elektrónu. Atóm je zvyčajne v rovnováhe vďaka rovnakému počtu pozitívnych a negatívnych častíc - protónov a elektrónov. Elektróny sa môžu ľahko pohybovať z jedného atómu na druhý. Zároveň tvoria pozitívne (kde nie je elektrón) alebo negatívne (jeden elektrón alebo atóm s ďalším elektrónom) ióny. Keď dôjde k tejto nerovnováhe, vzniká statická elektrina.

Elektrický náboj elektrónu je (-) 1,6 x 10 -19 prívesok. Protón s rovnakým nábojom má kladnú polaritu. Statický náboj v coulombách je priamo úmerný prebytku alebo deficitu elektrónov, t.j. počet nestabilných iónov.

Coulomb je základná jednotka statického náboja, ktorá určuje množstvo elektriny, ktorá prejde prierezom vodiča za 1 sekundu pri prúde 1 ampér.

Kladnému iónu chýba jeden elektrón, takže môže ľahko prijať elektrón zo záporne nabitej častice. Záporný ión môže byť buď jeden elektrón, alebo atóm/molekula s veľkým počtom elektrónov. V oboch prípadoch existuje elektrón, ktorý dokáže neutralizovať kladný náboj.

Ako sa generuje statická elektrina

Hlavné príčiny statickej elektriny sú:

• Kontakt medzi dvoma materiálmi a ich oddelenie od seba (vrátane trenia, navíjania/odvíjania atď.).

• Rýchla zmena teploty (napríklad, keď je materiál vložený do rúry).

• Žiarenie s vysokými energetickými hodnotami, ultrafialové žiarenie, röntgenové žiarenie, silné elektrické polia (nie je bežné pre priemyselnú výrobu).

• Rezacie operácie (napríklad na rezacích strojoch alebo rezačkách papiera).

• Vedenie (spôsobené statickým nábojom, výskytom elektrického poľa).

Povrchový kontakt a separácia materiálov sú pravdepodobne najčastejšími príčinami statickej elektriny v priemysle spracovania kotúčových fólií a plechov. Statický náboj vzniká pri odvíjaní/navíjaní materiálov alebo pri pohybe rôznych vrstiev materiálov voči sebe.

Tento proces nie je úplne pochopený, ale najpravdivejšie vysvetlenie výskytu statickej elektriny v tomto prípade možno získať nakreslením analógie s plochým kondenzátorom, v ktorom sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu, keď sa dosky oddeľujú:

Výsledné napätie = počiatočné napätie x (rozstup koncových dosiek/rozstup počiatočných dosiek).

Keď sa syntetický film dotkne podávacieho/navíjacieho valca, nízky náboj prúdiaci z materiálu do valca spôsobí nerovnováhu. Keď materiál prekoná kontaktnú zónu s hriadeľom, napätie sa zvyšuje rovnakým spôsobom ako v prípade kondenzátorových dosiek v momente ich oddelenia.

Prax ukazuje, že amplitúda výsledného napätia je obmedzená v dôsledku elektrického rozpadu, ktorý sa vyskytuje v medzere medzi susednými materiálmi, povrchovej vodivosti a iných faktorov. Keď fólia opúšťa kontaktnú zónu, často môžete počuť jemné praskanie alebo iskrenie. K tomu dochádza v momente, keď statický náboj dosiahne hodnotu dostatočnú na rozbitie okolitého vzduchu.

Pred kontaktom s valcom je syntetická fólia elektricky neutrálna, ale v procese pohybu a kontaktu s podávacími plochami prúd elektrónov smeruje na fóliu a nabíja ju záporným nábojom. Ak je hriadeľ kovový a uzemnený, jeho kladný náboj sa rýchlo vybije.

Väčšina zariadení má veľa hriadeľov, takže množstvo náboja a jeho polarita sa môže často meniť. Najlepšia cesta kontrola statického náboja je jeho presné určenie v oblasti bezprostredne pred problémovou oblasťou. Ak je náboj neutralizovaný príliš skoro, môže sa zotaviť skôr, ako sa film dostane do tejto problémovej oblasti.

Polarita nabíjania

Statický náboj môže byť kladný alebo záporný. Pre zvodiče jednosmerného prúdu (AC) a pasívne zvodiče (kefy) polarita náboja zvyčajne nie je dôležitá.

Problémy súvisiace so statickou elektrinou

Statický výboj v elektronike

Je potrebné venovať pozornosť tomuto problému, pretože. často sa vyskytuje pri manipulácii s elektronickými komponentmi a komponentmi používanými v moderných riadiacich a meracích zariadeniach.

V elektronike hlavné nebezpečenstvo spojené so statickým nábojom pochádza od osoby, ktorá náboj nesie, a to nemožno zanedbať. Vybíjací prúd vytvára teplo, čo vedie k zničeniu spojov, prerušeniu kontaktov a rozbitiu stôp mikroobvodov. Vysoké napätie tiež ničí tenký oxidový film na tranzistoroch s efektom poľa a iných potiahnutých prvkoch.

Často komponenty úplne nezlyhajú, čo možno považovať za ešte nebezpečnejšie, pretože. porucha sa neprejaví okamžite, ale v nepredvídateľnom momente počas prevádzky zariadenia.

Vo všeobecnosti platí, že pri práci na častiach a zariadeniach citlivých na statickú elektrinu je potrebné vždy dbať na neutralizáciu náboja nahromadeného na ľudskom tele.

Elektrostatická príťažlivosť/odpudzovanie

Toto je možno najbežnejší problém, s ktorým sa stretávame v oblasti plastov, papiera, textilu a príbuzných priemyselných odvetviach. Prejavuje sa to tak, že materiály samy od seba menia svoje správanie – lepia sa alebo naopak odpudzujú, lepia sa na zariadenie, priťahujú prach, nesprávne sa vetria na prijímacom zariadení atď.

K príťažlivosti / odpudzovaniu dochádza v súlade s Coulombovým zákonom, ktorý je založený na princípe opaku štvorca. V jednoduchej forme sa vyjadruje takto:

Sila príťažlivosti alebo odpudzovania (v Newtonoch) = náboj (A) x náboj (B) / (vzdialenosť medzi objektmi 2 (v metroch)).

Preto intenzita prejavu tohto efektu priamo súvisí s amplitúdou statického náboja a vzdialenosťou medzi priťahovaním alebo odpudzovaním predmetov. K príťažlivosti a odpudzovaniu dochádza v smere elektrických siločiar.

Ak majú dva náboje rovnakú polaritu, odpudzujú sa, ak sú opačné, priťahujú sa. Ak je jeden z predmetov nabitý, vyvolá ťah vytvorením zrkadlovej kópie náboja na neutrálnych predmetoch.

Riziko požiaru

Riziko požiaru nie je bežným problémom všetkých priemyselných odvetví. Pravdepodobnosť požiaru je však veľmi vysoká v tlači a iných podnikoch, kde sa používajú horľavé rozpúšťadlá.

V nebezpečných oblastiach sú najbežnejšími zdrojmi vznietenia neuzemnené zariadenia a pohyblivé vodiče. Ak má obsluha v nebezpečnej oblasti športovú obuv alebo obuv s nevodivou podrážkou, existuje riziko, že jeho telo vytvorí náboj, ktorý môže zapáliť rozpúšťadlá. Nebezpečné sú aj neuzemnené vodivé časti stroja. Všetko v nebezpečnej oblasti musí byť dobre uzemnené.

Nasledujúce informácie poskytujú stručné vysvetlenie schopnosti statického výboja spôsobiť požiar v horľavom prostredí. Je dôležité, aby si neskúsení predajcovia vopred uvedomili typy zariadení, aby sa predišlo chybám pri výbere zariadení na použitie v takýchto podmienkach.

Schopnosť výboja vyvolať požiar závisí od mnohých premenných:

• typ výboja;

• vybíjací výkon;

• zdroj vypúšťania;

• vybiť energiu;

• prítomnosť horľavého prostredia (rozpúšťadlá v plynnej fáze, prach alebo horľavé kvapaliny);

• minimálna energia vznietenia (MEV) horľavého prostredia.

Typy výbojov

Existujú tri hlavné typy - iskrové, kefové a kĺzavé kefové výboje. Korónový výboj sa v tomto prípade neberie do úvahy, pretože vyznačuje sa nízkou energiou a vyskytuje sa pomerne pomaly. Korónový výboj väčšinou nie je nebezpečný, treba s ním počítať len v oblastiach s veľmi vysokým nebezpečenstvom požiaru a výbuchu.

iskrový výboj

Pochádza hlavne zo stredne vodivého, elektricky izolovaného objektu. Môže to byť ľudské telo, súčiastka stroja alebo nástroj. Predpokladá sa, že všetka energia náboja sa rozptýli v momente iskrenia. Ak je energia nad MEI pár rozpúšťadla, môže dôjsť k vznieteniu.

Energia iskry sa vypočíta takto: E (v jouloch) = ½ C U2.

kefový výboj

Kefový výboj nastáva, keď špicaté časti zariadenia sústreďujú náboj na povrchy dielektrických materiálov, ktorých izolačné vlastnosti vedú k jeho akumulácii. Kefový výboj má nižšiu energiu ako iskrový výboj, a preto predstavuje nižšie riziko vznietenia.

Vypúšťanie posuvnej kefy

Kĺzavé kefové výboje sa vyskytujú na listoch alebo kotúčoch syntetických materiálov s vysokým odporom, ktoré majú zvýšenú hustotu náboja a odlišnú polaritu náboja na každej strane tkaniny. Tento jav môže byť vyvolaný trením alebo práškovým nástrekom. Účinok je porovnateľný s vybitím plochého kondenzátora a môže byť rovnako nebezpečný ako iskrový výboj.

Zdroj vybíjania a energie

Veľkosť a geometria rozloženia náboja sú dôležité faktory. Čím väčšie telo, tým viac energie obsahuje. Ostré rohy zvyšujú silu poľa a podporujú výboje.

Výkon vybíjania

Ak predmet, ktorý má energiu, nevedie dobre, ako napríklad ľudské telo, odpor predmetu oslabí výboj a zníži nebezpečenstvo. Pre ľudské telo platí zásada: vezmite do úvahy, že akékoľvek rozpúšťadlá s vnútornou minimálnou energiou vznietenia menšou ako 100 mJ sa môžu vznietiť, napriek tomu, že energia obsiahnutá v tele môže byť 2 až 3-krát vyššia.

Minimálna energia vznietenia MEI

Minimálna zápalná energia rozpúšťadiel a ich koncentrácia v nebezpečnej oblasti sú veľmi dôležité faktory. Ak je minimálna energia vznietenia nižšia ako energia výboja, hrozí nebezpečenstvo požiaru.

zabitie elektrickým prúdom

Problematika rizika vzniku statického šoku v priemyselnom prostredí sa dostáva čoraz viac do pozornosti. Je to spôsobené výrazným zvýšením požiadaviek na bezpečnosť a ochranu zdravia pri práci.

Zabitie elektrickým prúdom vyvolané statickou elektrinou v zásade nepredstavuje zvláštne nebezpečenstvo. Je to jednoducho nepríjemné a často spôsobuje prudkú reakciu.

Existujú dva bežné príčiny statický šok:

Indukovaný náboj

Ak je človek v elektrickom poli a drží sa nabitého predmetu, ako je kotúč filmu, je možné, že sa jeho telo nabije.

Náboj zostáva v tele obsluhy, ak má obutú obuv s izolačnou podrážkou, kým sa nedotkne uzemneného zariadenia. Náboj tečie na zem a zasiahne človeka. Stáva sa to aj vtedy, keď sa operátor dotkne nabitých predmetov alebo materiálov - kvôli izolačnej obuvi sa náboj hromadí v tele. Keď sa operátor dotkne kovových častí zariadenia, náboj sa môže vybiť a spôsobiť úraz elektrickým prúdom.

Keď sa ľudia pohybujú na syntetických kobercoch, kontaktom medzi kobercom a topánkami vzniká statický náboj. Elektrické šoky, ktoré vodiči dostanú pri opustení auta, sú vyvolané nábojom, ktorý vznikol medzi sedadlom a oblečením pri zdvíhaní. Riešením tohto problému je dotknúť sa kovovej časti auta, ako je napríklad rám dverí, pred zdvihnutím zo sedadla. To umožňuje nálož bezpečne odtiecť na zem cez karosériu auta a pneumatiky.

Úraz elektrickým prúdom spôsobený zariadením

Takýto zásah elektrickým prúdom je možný, aj keď sa vyskytuje oveľa menej často ako zranenie spôsobené materiálom.

Ak má navíjacia cievka výrazný náboj, stáva sa, že prsty operátora sústreďujú náboj natoľko, že sa dostane do bodu rozpadu a dôjde k vybitiu. Okrem toho, ak je kovový neuzemnený predmet v elektrickom poli, môže byť nabitý indukovaným nábojom. Pretože je kovový predmet vodivý, mobilný náboj sa vybije do osoby, ktorá sa predmetu dotkne.

Statická elektrina je súbor javov spojených so vznikom, zachovaním a relaxáciou voľného elektrického náboja na povrchu a v objeme dielektrických a polovodičových látok, materiálov výrobkov alebo na izolovaných vodičoch. Na zariadeniach a materiáloch sa hromadia náboje a sprievodné elektrické výboje môžu spôsobiť požiare a výbuchy, narušenie technologických procesov, presnosť odčítania elektrických spotrebičov a automatizačných zariadení.
Podniky sú obzvlášť nebezpečné kvôli akumulácii statickej elektriny. produkcia jedla kde sú technologické procesy spojené s drvením, mletím a preosievaním produktu (pečenie, cukrovinky, škrob, cukor a pod.), čistenie a spracovanie obilia, doprava pevných a tekutých produktov pomocou dopravníkov a potrubí (hromadné skladovanie múky, pivovarníctvo, liehovary , atď.).
Pri kontakte telies, ktoré sa líšia teplotou, koncentráciou nabitých častíc, energetickým stavom atómov, drsnosťou povrchu a inými parametrami, dochádza medzi nimi k prerozdeleniu elektrických nábojov. Zároveň sa na rozhraní telies na jednom z nich sústreďujú kladné náboje a na druhom záporné. Vytvorí sa elektrická dvojitá vrstva. V procese oddeľovania kontaktných povrchov je časť nábojov neutralizovaná a časť je uložená na telách.
Vo výrobných podmienkach závisí elektrizácia rôznych látok od mnohých faktorov a predovšetkým od fyzikálne a chemické vlastnosti spracovávané látky, druh a charakter technologického procesu. Veľkosť elektrostatického náboja závisí od elektrickej vodivosti materiálov, ich relatívnej dielektrickej konštanty, rýchlosti pohybu, charakteru kontaktu medzi materiálmi v kontakte, elektrických vlastností prostredia, relatívnej vlhkosti a teploty vzduchu. Elektrizácia dielektrických materiálov obzvlášť prudko narastá pri mernom elektrickom odpore 109 Ohm-m, ako aj pri relatívnej vlhkosti vzduchu nižšej ako 50 %. Pri odpore 108 ohm-m alebo menej sa elektrifikácia prakticky nezistí. Stupeň elektrizácie kvapalín závisí najmä od jej dielektrických vlastností a kinematickej viskozity, prietoku, priemeru a dĺžky potrubia, materiálu potrubia, stavu jeho vnútorných stien, teploty kvapaliny. Intenzita tvorby náboja sa pozoruje počas filtrácie v dôsledku veľkej kontaktnej plochy kvapaliny s filtračnými prvkami. Striekanie kvapalín pri plnení nádrží voľne padajúcim prúdom horľavej kvapaliny, napríklad v liehovaroch, je sprevádzané elektrizáciou kvapiek, v dôsledku čoho hrozí nebezpečenstvo elektrického náboja a vznietenia pár týchto kvapalín. . Preto nie je dovolené nalievať kvapalinu do nádrží voľne padajúcim prúdom. Vzdialenosť od konca nakladacej rúry po dno nádoby by nemala presiahnuť 200 mm, a ak to nie je možné, prúd smeruje pozdĺž steny.
Gély, sila elektrostatického poľa na povrchu dielektrika dosiahne kritickú (prieraznú) hodnotu, dôjde k elektrickému výboju. Pre vzduch je prierazné napätie približne 30 kV/cm.
Elektrostatická iskrová bezpečnosť je stav, v ktorom je vylúčená možnosť výbuchu alebo požiaru od statickej elektriny. Bezpečná energia iskry (v J) je určená vzorcom:

Wi=kb*Wmin

Kde kb je použitý bezpečnostný faktor rovný 0,4-0,5; Wmin je minimálna energia, ktorá môže zapáliť uvažovanú horľavú zmes.
Pre maximálnu prípustnú hodnotu náboja sa berie taká hodnota, pri ktorej maximálna možná energia výboja W a z povrchu danej látky nepresiahne 0,4–0,5 minimálnej energie vznietenia prostredia Wmin.
Energiu výboja (iskry) dielektrika (v J) možno určiť podľa vzorca:

W \u003d 0,5 * C * V 2

kde C je elektrická kapacita vybitá iskrou, F; V je potenciálny rozdiel vzhľadom k zemi, V.
Minimálna energia vznietenia zmesi plynu a pary so vzduchom je zlomok milijoulu.
Potenciálny rozdiel na zariadení môže dosiahnuť niekoľko tisíc voltov a ako vyplýva zo vzorca, aj pri malej elektrickej kapacite nesúcej elektrostatický náboj môže energia iskrového výboja prekročiť minimálnu energiu vznietenia výbušnej atmosféry. Napríklad pri preprave sypkých materiálov na dopravníku s gumeným pásom môže potenciál vzhľadom na zem dosiahnuť 45 000 V a kožený hnací remeň rýchlosťou 15 m / s - až 80 000 V.
Na človeku sa môže nahromadiť elektrostatický náboj dostatočný na zapálenie takmer všetkých výbušných zmesí vzduchu s plynmi, parami a niektorými prachmi (oblečenie zo syntetických tkanín, chôdza po dielektrikách, používanie elektricky nevodivých topánok a pod.), ako aj prenos do ho z elektrifikovaných zariadení a materiálov.
Potenciál elektrostatického náboja na človeka môže dosiahnuť 15 000 - 20 000 V. Výboje takéhoto potenciálu nepredstavujú pre človeka nebezpečenstvo, pretože sila prúdu je zanedbateľná a pôsobí ako pichnutie, stlačenie alebo kŕč. Pod ich vplyvom sú však možné reflexné pohyby, ktoré môžu viesť k pádu z výšky, dostať sa do nebezpečnej zóny auta atď.
Energia výboja pri potenciáli 10 000 V a ľudskej kapacite pohybujúcej sa od 100 do 350 pF je 5-17,5 mJ. t.j. prekračuje hodnoty minimálnej energie vznietenia etylalkohol benzén a sírouhlík (0,95; 0,2; 0,0009 mJ).
Ochranné opatrenia proti ESD sú rozdelené do troch hlavných skupín:

• zabránenie možnosti vzniku elektrostatického náboja;
• zníženie veľkosti potenciálu elektrostatického náboja na bezpečnú úroveň;
• neutralizujúce náboje statickej elektriny.

Hlavným spôsobom, ako zabrániť vzniku elektrostatického náboja, je trvalé odstránenie statickej elektriny z procesných zariadení pomocou uzemnenia. Každý systém aparátov a potrubí je uzemnený minimálne na dvoch miestach. Gumové hadice sú omotané uzemneným medeným drôtom v krokoch po 10 cm. Treba mať na pamäti, že na rozdiel od elektrotechniky, kde sa materiály s merným odporom odhadovaným v zlomkoch ohmov považujú za dobré vodiče, v elektrostatike je hranica medzi vodičom a nevodičom sa považuje hodnota odporu 10 kOhm * m. Preto by maximálny povolený odpor uzemňovacieho zariadenia používaného iba na odstránenie elektrostatického náboja nemal prekročiť 100 ohmov.
Aby sa zabránilo tvorbe statickej elektriny na prvkoch kovových konštrukcií, potrubia na rôzne účely, umiestnené vo vzdialenosti menšej ako 10 cm navzájom rovnobežne, používajú sa uzavreté slučky, vytvorené pomocou kovových uzemnených prepojok inštalovaných medzi nimi každých 20 m alebo menej.
Na zníženie veľkosti potenciálu elektrostatického náboja vznikajúceho na zariadeniach a spracovávaných materiáloch na bezpečnú úroveň sa využívajú technologické metódy (bezpečné rýchlosti pohybu prepravovaných kvapalných a prašných látok, výber trecích plôch, materiály vzájomne sa kompenzujúcich vznikajúcich nábojov, náplne, náplne, náplne, atď.). a pod.), ako aj spôsoby odstraňovania zvýšením relatívnej vlhkosti vzduchu a materiálu, chemická povrchová úprava, aplikácia antistatických prostriedkov a vodivých filmov. Všeobecné alebo lokálne zvlhčovanie vzduchu na viac ako 70% poskytuje konštantné odstraňovanie elektrostatických nábojov. Povrchová vodivosť materiálov sa zvyšuje úpravou povrchovo aktívnymi látkami, použitím náterov z elektricky vodivých emailov a mazív. Náboje statickej elektriny sa neutralizujú pomocou ionizácie vzduchu, pri ktorej počet vytvorených párov iónov na jednotku jeho objemu zodpovedá rýchlosti výskytu neutralizovaných elektrostatických nábojov. Na to sa používajú indukčné, rádioizotopové a kombinované ionizátory.
Na nepretržité odstraňovanie elektrostatických nábojov z človeka sa používajú vodivé podlahy, uzemnené plochy alebo pracovné plošiny, zariadenia, rebríky, ale aj osobné ochranné prostriedky v podobe antielektrostatických plášťov a topánok, s koženou podrážkou alebo podošvou z vodivej gumy.