Электростатический разряд
Добавлено 27 января 2018 в 14:08
Сохранить или поделиться
В главе 1.1 тома 1 обсуждается статическое электричество, и как оно создается. Это имеет гораздо большее значение, чем можно было бы предположить, поскольку управление статическим электричеством играет большую роль в современной электронике и других профессиях. Событие электростатического разряда – это когда статический заряд сбрасывается неконтролируемым образом, и в дальнейшем будет упоминаться как электростатический разряд или ESD.
Электростатический разряд проявляется во многих формах, он может составлять от 50 вольт до десятков тысяч вольт. Его реальная мощность чрезвычайно мала, настолько мала, что вообще не существует опасности для того, кто находится на пути электростатического разряда. Обычно человеку требуется несколько тысяч вольт, чтобы просто заметить ESD в виде искры и щелчка, который ее сопровождает. Проблема электростатического разряда – это даже небольшой разряд, который может остаться незамеченным, но может разрушить полупроводниковое устройство.
ESD – это не новая проблема. Производство черного пороха и другие пиротехнические отрасли всегда были опасны тем, что электростатический разряд может произойти в неподходящих окружающих условиях. В эпоху электронных ламп ESD для электроники был несущественной проблемой, но с появлением полупроводников и увеличением миниатюризации эта проблема стала гораздо более серьезной.
Повреждение компонентов может и, как правило, происходит, когда компонент находится на пути ESD. Многие компоненты, такие как силовые диоды, очень надежны и могут работать с разрядом, но если компонент имеет небольшие или тонкие части в своей физической структуре, то напряжение может разрушить эту часть полупроводникового устройства.
Даже компоненты, которые считаются достаточно прочными, могут быть повреждены с помощью электростатического разряда.
Биполярные транзисторы, самые первые из твердотельных усилителей, также не обладают иммунитетом перед ESD, хотя и менее восприимчивы к нему. Некоторые из новых высокоскоростных компонентов могут быть разрушены всего лишь тремя вольтами. Есть компоненты, которые могут считаться неподверженными риску, такие как некоторые специализированные резисторы и конденсаторы, изготовленные с использованием технологии МОП (металл-оксид-полупроводник, MOS – metal oxide semiconductor), устройства на базе которой могут быть повреждены при помощи ESD.
Предотвращение повреждений от электростатического разряда
Прежде чем пытаться предотвратить электростатический разряд, важно понять, что его вызывает. Как правило, материалы вокруг рабочего места могут быть разбиты на 3 категории.
Это материалы, генерирующие электростатический заряд, нейтральные к электростатическому заряду и рассеивающие электростатическому заряду (или проводящие электростатический заряд). Материалы, генерирующие электростатический заряд, представляют собой активные статические генераторы, такие как большинство пластмасс, шерсть кошек и одежда из полиэстера. Материалы, нейтральные к электростатическому заряду, как правило, являются изолирующими, но не имеют склонностей к созданию и очень хорошему хранению статических зарядов. Примерами таких материалов могут служить древесина, бумага, хлопок. Это не означает, что они не могут быть статическими генераторами или опасными в плане ESD, но риск несколько сведен к минимуму другими факторами. Например, древесина и изделия из дерева, как правило, удерживают влагу, что может сделать их слегка проводящими. Это касается многих органических материалов. Хорошо отполированный стол не подпадает под эту категорию потому, что глянец обычно представляет собой пластик или лак, которые являются высокоэффективными изоляторами.
Материалы, проводящие электростатический заряд, довольно очевидны, они представляют собой металлические инструменты. Пластиковые ручки инструментов могут быть проблемой, но металл будет сбрасывать электростатический заряд настолько быстро, насколько он генерируется, если он находится на заземленной поверхности. Существует много других материалов, таких как некоторые пластмассы, которые разработаны так, чтобы проводит заряд. Они подпадают под категорию материалов, проводящих электростатический заряд. Грязь и бетон также являются проводящими и подпадают под категорию материалов, проводящих электростатический заряд.
Существует множество других действий, которые генерируют электростатический заряд, о которых вам нужно знать для управления электростатическим разрядом. Простое действие вытягивания ленты кассового аппарата может привести к генерации экстремального напряжения. Верчение на кресле – еще один электростатический генератор, как и почесывания. Фактически любая активность, которая позволяет двум и более поверхностям тереться друг об друга, вполне может создать некоторый электростатический заряд.
Это было упомянуто в начале данной книги, но примеры из реального мира могут быть неочевидны. Вот почему необходим метод непрерывного отвода этого напряжения. Во время работы с компонентами следует избегать вещей, которые генерирую огромное количество статического электричества.
С генерацией статического электричества обычно ассоциируется пластик. Но были получены проводящие пластмассы. Обычный способ изготовления проводящего пластика – это добавка, которая изменяет электрические характеристики пластика из изолятора на проводник; хотя он, вероятно, будет иметь сопротивление в миллионы ом на квадратный дюйм. Были разработаны пластмассы, которые могут использоваться в качестве проводников в приложениях, где важен малый вес, например, в авиационной отрасли. Это специализированные применения, обычно связанные с управлением электростатическим разрядом.
Это не все плохие новости для защиты от ESD. Человеческое тело – довольно приличный проводник. Высокая влажность воздуха также позволит избежать статического заряда, также сделать материалы, нейтральные к электростатическому заряду, более проводящими.
Вот почему холодные зимние дни, когда влажность внутри помещений может быть довольно низкой, могут увеличить количество искр на дверной ручке. Летом или дождливыми днями вам придется сильно потрудиться, чтобы создать значительное количество статического заряда. По этой причине в промышленных чистых помещениях прикладываются усилия для регулирования температуры и влажности. Бетонные полы также являются проводящими, поэтому некоторые составляющие зданий могут помочь в создании защиты.
Чтобы установить ESD защиту, необходимо определить стандартный уровень напряжения, относительно которого измеряются остальные уровни. Такой уровень существует, это электрический потенциал земли. По соображениям безопасности во всех розетках в зданиях используются проводники защитного зануления, которые на вводе в здание соединены в заземляющим проводником. В некотором смысле это относится к статике, но не напрямую. Если мы прикоснемся к проводу заземления, это даст нам возможность сбросить наши лишние электроны или, наоборот, приобрести, чтобы нейтрализовать любые заряды, которые могут быть на наших телах или инструментах.
Если всё, что находится на рабочем столе, прямо или косвенно соединено через проводник с землей, то рассеивание статического заряда будет происходить задолго до того, как произойдет событие электростатического разряда.
Хорошая точка для заземления может быть выполнена несколькими способами. В домах с современной проводкой может использоваться проводник защитного зануления или винт, который удерживает крышку розетки. Это связано с тем, что проводники защитного зануления в проводке электрически связаны на вводе в здание с заземляющим устройством. Для людей, у кого проводка в доме не совсем правильная, можно использовать шип, вбитый в землю не менее, чем на 3 фута (1 метр), или простое электрическое соединение с металлической сантехникой (наихудший вариант). Главное создать электрический путь к земле вне дома.
Десять мегаом считаются проводником в мире управления электростатическим разрядом. Статическое электричество – это напряжение без реального тока, и если заряд сбрасывается через несколько секунд после генерирования, он аннулируется.
Поэтому обычно для подключения любой защиты от электростатического разряда используется резистор от 1 до 10 МОм. Это обладает преимуществом замедления скорости разряда во время события ESD, что увеличивает вероятность того, что компонент останется неповрежденным. Чем быстрее происходит разряд, тем выше всплеск тока, проходящего через компонент. Другая причина, по которой такое сопротивление считается подходящим, заключается в том, что если пользователь случайно прикоснулся к чему-либо под высоким напряжением, например, электросеть в доме, то эта защита от ESD не убьет его.
В электронной промышленности вокруг управления электростатическим разрядом выросла крупная индустрия. Основа любого производства электроники – это рабочее место со статической проводящей или рассеивающей поверхностью. Эта поверхность может быть куплена или сделана дома из листа металла или фольки. В случае металлической поверхности хорошей идеей может оказаться накладывание сверху тонкой бумаги, хотя это не обязательно, если на этой поверхности вы не проводите никаких испытаний.
Промышленная версия обычно представляет собой некоторую форму проводящего пластика, сопротивление которого достаточно высоко, чтобы не вызывать проблемы, что является лучшим решением. Если вы создаете свою собственную поверхность для рабочего места, обязательно добавьте резистор 10 МОм на землю, иначе у вас не будет никакой защиты вовсе.
Другим важным элементом, который необходим для ESD защиты, является то, что вы тоже должны быть заземлены. Люди – это ходячие электростатические генераторы. Ваше тело является проводящим, его относительно легко заземлить, хотя обычно это делается с помощью браслета. Коммерческие версии уже имеют встроенный резистор и довольно широкий ремешок для обеспечения хорошей контактной поверхности с вашей кожей. Подобные браслеты можно купить за несколько долларов. Металлический браслет часов также является хорошей точкой для подключения защиты от электростатического разряда. Просто добавьте провод (с резистором) к точке заземления. Большинство отраслей промышленности серьезно относятся к этой проблеме, настолько, что в них используются контроль в режиме реального времени, который подаст звуковой сигнал, если оператор заземлен неправильно.
Другой способ заземления себя – это каблук. Проводящая пластиковая часть оборачивается вокруг пятки вашей обуви, при этом проводящий пластиковый ремешок поднимается вверх под носок для хорошего контакта с вашей кожей. Это работает только на полах с проводящим лаком или бетоном. Этот метод сохранит человека от генерирования больших зарядов, которые могут преодолеть другие ESD защиты, и сам по себе не считается достаточным. Вы можете получить тот же эффект, ходя босиком по бетонному полу.
Еще одна защита от электростатического разряда – ношение проводящей спецодежды. Как и каблук, это второстепенная защита, не предназначенная для замены браслета. Она предназначены для короткого замыкания любых зарядов, которые может создать ваша одежда.
Движущийся воздух также может генерировать значительные статические заряды. Когда вы удаляете пыль с вашей электроники, будет генерироваться статический заряд. Промышленное решение этой проблемы имеет два подхода.
Во-первых, использование в воздушных пушках небольшого, хорошо экранированного радиоактивного материала, который вставленный внутрь воздушной пушки для ионизации воздуха. Ионизированный воздух является проводником, и он будет достаточно быстро разряжать статические заряды. Во-вторых, использование высоковольтного электричества для ионизации воздуха, выходящего из вентилятора, который имеет тот же эффект, что и воздушная пушка. Этот эффективно помогает на рабочем месте снизить вероятность сильного электростатического разряда.
Другая защита от электростатического разряда – самое простое, расстояние. Во многих отраслях есть правила, согласно которым все нейтральные и генерирующие материалы должны находится не менее, чем в 12 дюймах (30 сантиметрах), от любой выполняемой работы.
Пользователь также может уменьшить вероятность повреждения от ESD, просто не вынимая компонент из его защитной упаковки, пока не наступит время установить этот компонент в схему. Это уменьшит вероятность воздействия ESD, и пока схема будет оставаться уязвимой, компонент будет иметь небольшую защиту от остальных компонентов, так как они будут предоставлять различные пути для электростатического разряда.
Хранение и транспортировка компонентов и плат, чувствительных к ESD
Недостаточно следить за защитой от ESD на рабочем месте, если компоненты могут быть повреждены при хранении или транспортировке. Наиболее распространенным методом является использование вариации клетки Фарадея, сумки ESD (антистатического пакета). ESD сумка окружает компонент проводящим экраном и обычно содержит внутри антистатический изолирующий слой. В стационарных клетках Фарадея этот экран заземлен, но с переносными контейнерами это нецелесообразно. Если положить ESD пакет на заземленную поверхность, эффект будет тот же. Клетки Фарадея работают проведения электрического заряда в обход содержимого и немедленного заземления. Автомобиль, пораженный молнией, является частным случаем клетки Фарадея.
Антистатические пакеты на сегодняшний день являются наиболее распространенным способом хранения компонентов и плат. Они изготавливаются из чрезвычайно тонких слоев металла, настолько тонких, чтобы быть почти прозрачными.
Пакет с отверстием, даже маленьким, или мешок, который не складывается сверху, чтобы запечатать содержимое от наружных зарядов, неэффективен.
Другим способом защиты компонентов при хранении являются контейнеры или трубки. В этих случаях, компоненты помещаются в проводящие коробки с крышкой из того же материала. Это эффективно образует клетку Фарадея. Трубки предназначены для микросхем и других устройств с большим количеством выводов, компоненты хранятся в формованной проводящей пластиковой трубке, которая обеспечивает безопасность компонентов как механически, так и технически.
Это некоторые из наиболее распространенных логотипов, обозначающих антистатические метки. Они используются для информирования пользователя о том, что содержимое чувствительно к статическому электричеству.Заключение
Электростатический разряд (ESD) может быть незначительным в несколько вольт или мощным, представляющим опасность для операторов. Все ESD защиты могут быть преодолены окружающей средой, но это можно обойти, поняв, что это такое, и как это предотвратить.
Многие проекты, построенные без ESD защиты, хорошо работают. Но, учитывая, что добавление защиты в эти проекты доставляет лишь незначительное неудобство, то лучше приложить усилия и добавить ее.
Промышленность серьезно относится к этой проблеме, как к потенциально угрожающей жизни, так и как проблеме качества. Тот, кто покупает дорогую электронику или высокотехнологичное оборудование, не будет рад, если ему придется отдать ее в сервисный центр через 6 месяцев. Когда дело касается репутации, легче поступить правильно и добавить защиту.
Оригинал статьи:
Теги
ESD (электростатический разряд)Надежность компонентовТехника безопасностиЭлектростатикаСохранить или поделиться
Электростатическое электричество и здоровье: проводи, рассеивай и заземляй.
Каждый из нас знаком с электростатическим электричеством. Типичным примером статического электричества будет снятие одежды в темной комнате, в таких случаях можно видеть явление схожее даже с разрывом небольшой молнии.
Статическое электричество широко распространено в обыденной жизни. Если, например, на полу лежит ковер из шерсти, то при трении об него человеческое тело может получить электрический заряд минус, а ковер получит заряд плюс. Другим примером может служить электризация пластиковой расчески, которая после причесывания получает минус заряд, а волосы получают плюс заряд. Накопителем минус-заряда нередко являются полиэтиленовые пакеты, полистироловый пенопласт. Сегодня мы поговорим о том, какие угрозы для здоровья может представлять собой электростатическое электричество и как простыми способами избежать этого. Забавно, но люди научились защищать от вредного воздействия статического электричества здания, промышленную технику, бытовые приборы и даже специальный аэрозоль, чтобы к одежде ничего не липло (антистатик). Позаботились обо всем, кроме своего здоровья.Электростатическое электричество и здоровье: проводи, рассеивай и заземляй. |
Немного теории.
Откуда берется электростатическое электричество? Причиной явления становится трение или же соприкосновение двух разнородных веществ диэлектриков. В этом случае атомы одного из веществ отрывают электроны другого. Между двумя телами возникает разность потенциалов. После того как тела разъединятся, каждое сохранит свой заряд, а разность потенциалов.
Электростатические заряды генерируются, в основном, при разделении различных материалов. Например, при отслаивании пленки, смешивании не проводящих ток жидкостей или при хождении по полу с изолирующим покрытием, таким, как покрытие PVC (ПХВ), ковровое или ламинатное (тонкослойное) покрытие. Электростатические поля нельзя осознанно ощутить органами чувств. То, что мы можем почувствовать, представляет собой либо сильное электрическое поле, либо электрический импульс разряда. В таком случае, однако, он по величине не больше электростатического заряда.
Человек-генератор.
Способностью накапливать положительные заряды характеризуются все части тела человека, начиная с кожи и волос. Возникновение статического заряда становится возможным при любом контакте с полимером. Чаще всего оно возникает в результате трения, в сутки ты совершаешь миллионы телодвижений, именно поэтому ты являешься отличным генератором статического электричества. И чем больше на тебе синтетических вещей, тем большие яркие «карманные молнии» ты можешь метать.
Трибоэлектрический заряд.
Примерами могут послужить самые элементарные вещи: ходьба является одним из самых больших источников трибоэлектрического заряда. При ходьбе происходит контакт подошвы обуви с напольным покрытием, а затем их последующее разделение. При этом данное действие происходит многократно. Человеческое тело является хорошим проводником, что позволяет ему проводить и накапливать заряды, образующиеся в ходе разделения двух материалов. Еще одним примером могут служить конвейерные ленты, приводные ремни и другие движущиеся части механизмов и машин, которые становятся источником трибоэлектрического заряда.
Количество сгенерированного заряда зависит от типа материалов, окружающей среды и скорости разделения материалов. Такие материалы, как пластики, генерируют статическое электричество во много раз интенсивнее, чем проводящие материалы. Хорошим примером является такой изоляционный материал как скотч-лента, изготовленная из пластика. Обратите внимание, что грязь стремится к пластиковой ленте, всякий раз, когда происходит ее отделение от рулона. Это вызвано тем, что на ленте генерируется статический заряд во время разделения материалов. При помощи заряженной ленты может быть приподнят кусочек бумаги.
Новые материалы в нашем окружении.
Наши далекие предки вели тяжелую жизнь. Жили в пещерах, кутались в звериные шкуры и, уходя на охоту, не знали, удастся ли что-нибудь добыть. Статического электричества на них практически не было, так как люди находились в постоянном контакте с землей.
Время шло, человечество все больше изолировало себя от почвы, начав носить одежду и обувь.
Так началась эра статического электричества. Непроводящие электричество синтетика и резина стали одеждой и обувью человека. Они также стали входить в состав стен, напольных покрытий, мебели. Мало того, что одежда из этих материалов мешает «стекать» с тела человека статическому электричеству, она при каждом движении еще и вырабатывает дополнительную порцию электричества. В итоге человек становится похож на генератор.
Прямое негативное влияние электростатического электричества на здоровье.
Статическое электричество в быту не формирует мощных зарядов, однако может вызывать некоторые неприятности со здоровьем. Длительное воздействие энергии статического электричества представляет некоторую опасность для здоровья человека, в частности для сердечно-сосудистой и центральной нервной системы.
Нарушения сна.
Если человек спит, статическое электричество проявляет себя в раздражении нервных окончаний на коже. У человека меняется сосудистый тонус, наблюдаются системные сдвиги, могут возникнуть отклонения в работе нервной системы, повышается утомляемость, а сон не приносит облегчения. Всем синтетическим изделиям, в том числе подушкам и одеялам с искусственным наполнителем, присущи отрицательные свойства: они электризуются, насыщаясь зарядами статического электричества. Как правило, ткани, использующиеся для изготовления чехлов подушек с синтетическим наполнителем, имеют состав — 100% полиэстер.
Повышенная электростатичность может влиять на здоровье и самочувствие человека.
Особенно это заметно во время сна, когда человек максимально спокоен и расслаблен. Двигаясь во сне, человек создает напряжение между матрасом, постельным бельем и собственной одеждой. Это можно понять по характерному треску и щелчкам электрических разрядов. Разряды могут быть достаточно чувствительны, в результате человек не может полностью расслабится.
Разряд.
Когда человек, тело которого наэлектризовано, дотрагивается до металлического предмета, например трубы отопления или холодильника, накопленный заряд моментально разрядится, а человек получит легкий удар током. Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Даже простое расчесывание волос в сухой день может привести к накоплению статического заряда с напряжением в десятки тысяч вольт, однако ток его освобождения будет настолько мал, что его зачастую невозможно будет даже почувствовать.
Именно низкие значения тока не дают статическому заряду нанести человеку вред, когда происходит мгновенный разряд.
Скачкообразная электрическая искра может вызвать ощущение боли и, следовательно, привести к опасным ситуациям, например, падению тяжелых объектов, проливанию горячих или огнеопасных жидкостей, а также ранению вследствие неконтролируемых движений. Возможно также возгорание от воздействия электрических искр легковоспламеняющихся чистящих составов и растворов.
Разряд статического электричества для человека в принципе не представляет особой опасности. Но не стоит забывать о возможных вторичных последствиях. Разряд неприятен и часто вызывает непроизвольную резкую реакцию и сокращение мышц. Иногда такое сокращение может вызвать травму — например, при работе с оборудованием.
Большое количество электроприборов вокруг нас.
Любой электрический прибор, будь то кухонный комбайн, ноутбук, монитор компьютера или пылесос, обязательно несет в себе электростатический заряд, который «охотно» переходит в человека при контакте. Такой «переход» может вызывать, а может и не вызывать болезненные ощущения, но он однозначно вреден для человеческого организма.
Компьютеры, оргтехника, да и любые электроприборы создают при работе электростатические поля, в зоне действия которых попадают самые разные предметы — от мебели и корпусов этих самых электроприборов до мельчайших пылинок. В системном блоке каждого компьютера имеется как минимум 2 вентилятора. Гоняя воздух, эти вентиляторы выдувают наружу наэлектризованные пылинки, которые затем, не теряя заряда, оседают в том числе и на нашей коже, и в дыхательных путях. Еще один значимый «накопитель» зарядов статического электричества – экран монитора и телевизоры.Пыль
Очень серьезной угрозой для здоровья и электроприборов является накопление пыли при скоплении электростатического электричества. Пыль может переносить и накопаливать большое количество аллергенов и токсинов, серьезно раздражать дыхательные пути. Также пыль затрудняет поддержание чистоты помещений. Большинство пластиков могут накапливать статические заряды и, вследствие этого, притягивать к себе различные загрязнения, которые становились причиной различных домашних и производственных проблем.
Пожарная безопасность
Конечно, маловероятно, что от статического электричества воспламенятся предметы из твердых материалов. А вот с горючими жидкостями дела обстоят иначе. Мощности искры, которая образуется от разряда, возникающего на синтетической одежде или обуви, вполне хватит, чтобы воспламенить смесь паров воздеха и таких общедоступных бытовых легковоспламеняющихся жидкостей, как бензин, керосин, растворители. Пользоваться этими жидкостями в плохо проветриваемом, сухом помещении, находясь при этом в синтетической одежде и обуви с резиновой подошвой, крайне небезопасно.
Все эти факторы увеличивают возможность образования статического заряда. Любые вращающиеся детали машин, которые не заземлены, тоже являются генераторами статического заряда. Помимо этого генерировать заряд запросто могут сами жидкости, находящиеся в изолированной среде, — например, в пластиковой канистре. Как только ты попытаешься вылить из токонепроводящей канистры топливо в заземленную среду — возникнет воспламенение.
Именно по этой причине все бензовозы ездят с металлическими цистернами и свисающей цепочкой, скользящей по асфальту.
Влажность воздуха.
Обязательным «спутником» статического поля является сухой воздух. При влажности выше 80% такие поля практически никогда не формируют т.к. вода является отличным проводником и не позволяет избыточному электричеству накапливаться на поверхности материалов. не ленись проводить влажную уборку. Протрешь мебель сухой тряпкой — пыль тут же вернется, протрешь влажной — надолго сохранишь свое жилище в чистоте. Влажная уборка снимает заряд электричества с поверхности, а значит, предмет перестанет быть магнитом хоть на некоторое время.
В помещениях с хорошей изоляцией, с использованием кондиционеров и нагревательных приборов, как правило, влажность низкая, а электростатический эффект довольно высокий. Необходимо: установить увлажнитель воздуха и периодически открывать окна для проветривания.
Электростатическое электричество и здоровье: проводи, рассеивай и заземляй. |
Одежда и обувь.
При нормальных атмосферных условиях натуральные волокна (из хлопка, шерсти, шелка и вискозы) хорошо впитывают влагу (гидрофильны) и поэтому слегка проводят электричество. Когда такие волокна касаются других материалов или трутся о них, на их поверхностях появляются избыточные электрические заряды, но на очень короткое время, поскольку заряды сразу же стекают обратно по влажным волокнам ткани, содержащим различные ионы.
В отличие от натуральных, синтетические волокна (полиэфирные, акриловые, полипропиленовые) плохо впитывают влагу (гидрофобны), и на их поверхностях имеется меньшее количество подвижных ионов. При контакте синтетических материалов друг с другом они заряжаются противоположным зарядами, но так как эти заряды стекают очень медленно, материалы прилипают друг к другу, создавая неудобства и неприятные ощущения. Кстати, волосы по структуре очень близки к синтетическим волокнам и тоже гидрофобны, поэтому при контакте, например, с расческой они заряжаются электричеством и начинают отталкиваться друг от друга.
Простой способ перестать быть ходячим источником статического электричества – отказаться (ограничить) от одежды из синтетических материалов. Альтернатива – лен, хлопок, шелк, кашемир, шерсть. Конечно, это не панацея, но положительный эффект будет ощутимым. В натуральной, хорошо впитывающей влагу ткани «озорные» электроны тихо сидят и не выстраивают пространственные структуры в виде электростатических полей.
Обмануть статическое электричество можно при помощи металлических предметов. Пристегнутая к внутренней стороне пиджака булавка, металлические плечики в шкафу и даже мелочь в кармане брюк обладают особой притягательностью для статического электричества. В процессе накопления электрический потенциал будет отбираться металлическими предметами, находящимися в контакте с вашей одеждой. Протяните вашу одежду через металлический тремпель. Сразу, перед тем как наденете одежду, протяните металлический тремпель через внутреннюю поверхность одежды. Металл разрядит электрический заряд, тщательно удаляя его.
Вы можете добиться такого же эффекта, протянув любой другой металлический предмет через одежду.
Любая обувь с подошвой из синтетических материалов является накопителем электрического потенциала. Другое дело – полностью натуральные туфли, ботинки, сапоги. Конечно, это не самый доступный, а иногда и удобный вариант. Но все-таки такой обуви следует отдавать предпочтение. Она выигрывает не только возможностью естественного «заземления», но и более гигиенична.
Заземление.
Обязательно заземлять бытовое оборудование, но можно этим не ограничиваться. Коврик, помещенный на письменный стол, проводит контакт через предплечья или кисти, разложенный на полу — через ступни, если покрыть им сиденье стула — через ягодицы, а если его поместить в кровать — то через любую часть тела, которая соприкасается с ним. Нормальное отделение пота, проступающего через слои ткани одежды, нижнего белья, носков или длинных рукавов, обеспечивает различные степени проводимости.
В производстве ковриков используется металлизированное волокно и проводники вкупе с проводом, подсоединенным к заземляющей розетке в стене или к заземленному стержню снаружи помещения.
Старайтесь не применять модные ныне нейлоновые покрытия — такой коврик только увеличивает возможность накопления электростатического заряда. В далекие советские времена, в производстве с полевыми полупроводниками фигурировал способ снятия статического электричества ионизацией воздуха.
Одним из наиболее действенных способов борьбы со статическим электричеством считается заземление оборудования, ёмкостей или промышленных трубопроводов. С помощью такого заземления образующиеся на поверхности оборудования статические заряды отводятся («стекают») в землю, что препятствует их накапливанию до величины, которая способна вызвать искру. Для большей надёжности все заземлители соединяются между собой и превращаются, таким образом, в идеальную заземляющую конструкцию.
Антистатические материалы (половые материалы, добавки к краске и др.)
Чтобы избавиться от статического электричества, поверхность одежды или другого предмета можно смазать веществом, которое удерживает влагу и этим увеличивает концентрацию подвижных ионов на поверхности.
После такой обработки возникший электрический заряд быстро исчезнет с поверхности предмета или распределится по ней.
Гидрофильность поверхности можно увеличить, смазав ее поверхностно-активными веществами, молекулы которых похожи на мыльные молекулы — одна часть очень длинной молекулы заряжена, а другая нет. Вещества, препятствующие появлению статического электричества, называют антистатиками. Антистатиком является, например, и обычная угольная пыль или сажа, поэтому, чтобы избавиться от статического электричества, в состав пропитки ковролиновых покрытий и обивочных материалов включают так называемую ламповую сажу. Для этих же целей в такие материалы добавляют до 3% натуральных волокон, а иногда и тонкие металлические нити.
С особой осторожностью нужно относиться к современным строительным и отделочным материалам. Взять хотя бы ковролин – это готовый генератор статического электричества. Для того, чтобы понять, зачем нужны антистатические полы, достаточно перечислить проблемы, к которым приводит накопление статического электрического заряда на поверхности пола: наэлектризованная поверхность удерживает пыль и грязь, поэтому гораздо труднее убирается; накопление заряда влияет на работу электронных систем, особенно чувствительных электронных приборов, вплоть до выведения их из строя; негативно влияет на здоровье.
Антистатическая добавка обеспечивает передачу электрического заряда на влагу воздуха. На антистатических лакокрасочных материалах не накапливается грязь и пыль. Поэтому убирать такие помещения несложно. Способность лакокрасочных материалов отталкивать грязь и пыль сохраняется в течение всего периода эксплуатации обработанной поверхности. Процент ввода антистатической добавки зависит от степени требуемого антистатического эффекта, как правило, достаточно 1-2%. Показателем действия антистатического агента является время стекания заряда (разряда), то есть время в течение которого заряд уменьшается наполовину от первоначального значения. При введении в пленку из ПЭВД толщиной 30мкм антистатика в количестве 2% время разряда составляет 0.01сек, т. е. немедленный разряд.
Заключение.
Планируя ремонт, учитывайте воздействие электростатики заранее. Используя заземление и специальные материалы, можно предотвратить возникновении многих проблем на этапе планирования.
Источники
Википедия
Учебник физики
Наука и жизнь
http://www.mhealth.ru/blog/grajdanskaya-samooborona/24892.php
http://electroandi.ru/elektrichestvo-i-magnetizm/staticheskoe-elektrichestvo.html
http://stroy-profi.info/archive/11420
http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431100/Chto_mozhet_elektrostatika
http://bestolkovyj.narod.ru/kak-ubrat-elektrostatiku/
Основы статического электричества | OPW Retail Fueling EMEA
Как возникает статическое электричество?
При движении топлива с низкой проводимостью, например бензина, в непроводящих трубах образуется заряд статического электричества. Отрицательные заряды накапливаются на стенке трубы, а положительные остаются в протекающем топливе. Такое разделение зарядов происходит так же, как при трении двух непроводящих материалов. Попытайтесь потереть воздушный шар о кожу или волосы, и получите электростатический заряд.
Поскольку в непроводящей трубе заряды не рассеиваются и не отводятся, они накапливаются на стенке трубы. Увеличению зарядов способствуют низкая проводимость топлива, высокая скорость потока, турбулентность в коленах, пламегасители, фильтры и т.д., а также наличие загрязнений в топливе. Тестирование непроводящих трубопроводов показало возможность накопления зарядов до 90000 В.
Нажмите, чтобы просмотреть анимационный ролик об образовании заряда — Принцип 1
Заряды распределяются по стенке трубы неравномерно, в зависимости от потока топлива и турбулентности в трубе. Разряды происходят между стенкой трубы и заземленным предметом (металлический фланец или аналогичное оборудование), между стенкой трубы и топливом, или между разнозаряженными зонами стенки трубы.
Разряд может привести к возгоранию воспламеняемой среды в трубе. Известно о возникновении таких ситуаций на конце сливных труб в сливной точке
Заряды в трубе также создают электростатическое поле вокруг трубы.
Незаземленные проводящие предметы в этом поле получают наведенный электростатический потенциал. То есть, у фланцев, стяжных хомутов и прочих предметов снаружи трубы может быть опасный потенциал при отсутствии правильного соединения и заземления. Разряды могут происходить между этими и проводящими предметами с другим потенциалом: заземленными предметами, инструментами или людьми.
Нажмите, чтобы просмотреть анимационный ролик об электростатической индукции — Принцип 2
Проводящий трубопровод рассеивает статические заряды
В токопроводящей системе поток топлива создает меньше зарядов, а создаваемые заряды сразу устраняются заземлением.
Нажмите, чтобы просмотреть анимационный ролик рассеивания заряда в токопроводящей трубе
Конвертер электрического заряда • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения
Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления.
Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др.
единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
Общие сведения
Как ни удивительно, но мы сталкиваемся со статическим электричеством ежедневно — когда гладим любимую кошку, расчесываем волосы или натягиваем свитер из синтетики. Так мы сами поневоле становимся генераторами статического электричества. Мы буквально купаемся в нём, ведь мы живем в сильном электростатическом поле Земли. Это поле возникает из-за того, что её окружает ионосфера, верхний слой атмосферы — электропроводящий слой.
Ионосфера образовалась под действием космического излучения и имеет свой заряд. Занимаясь обыденными делами вроде разогрева пищи, мы совершенно не задумываемся о том, что пользуемся статическим электричеством, повернув кран подачи газа на горелке с автоподжигом или поднеся к ней электрозажигалку.
Примеры статического электричества
Грозы на Земле. Вид с Международной космической станции. Фотографии НАСА.
Мы с детства инстинктивно боимся грома, хотя сам по себе он абсолютно безопасен — просто акустическое следствие грозного удара молнии, которая и вызвана атмосферным статическим электричеством. Моряки времён парусного флота впадали в священный трепет, наблюдая огоньки святого Эльма на своих мачтах, которые тоже являются проявлением атмосферного статического электричества. Люди наделяли верховных богов древних религий неотъемлемым атрибутом в виде молний, будь то греческий Зевс, римский Юпитер, скандинавский Тор или Перун русичей.
Самолет Air Canada на земле во время заправки
С тех пор, как люди впервые начали интересоваться электричеством, прошли века, и мы даже порой не подозреваем, что учёные, сделав из изучения статического электричества глубокомысленные выводы, спасают нас от ужасов пожаров и взрывов.
Мы укротили электростатику, нацелив в небо пики громоотводов и снабдив бензовозы заземляющими устройствами, позволяющими электростатическим зарядам безопасно уходить в землю. И, тем не менее, статическое электричество продолжает хулиганить, создавая помехи приёму радиосигналов — ведь на Земле одновременно бушует до 2000 гроз, которые ежесекундно генерируют до 50 разрядов молний.
Исследованием статического электричества люди занимались с незапамятных времён; даже термину «электрон» мы обязаны древним грекам, хотя они подразумевали под этим несколько иное — так они называли янтарь, который прекрасно электризовался при трении (др. — греч. ἤλεκτρον — янтарь). К сожалению, наука о статическом электричестве не обошлась без жертв — российский учёный Георг Вильгельм Рихман во время проведения эксперимента был убит разрядом молнии, которая является наиболее грозным проявлением атмосферного статического электричества.
Статическое электричество и погода
В первом приближении, механизм образования зарядов грозового облака во многом сходен с механизмом электризации расчёски — в нём точно так же происходит электризация трением. Льдинки, образуясь из мелких капелек воды, охлаждённой из-за переноса восходящими потоками воздуха в верхнюю, более холодную, часть облака, сталкиваются между собой. Более крупные льдинки заряжаются при этом отрицательно, а меньшие — положительно. Из-за разницы в весе происходит перераспределение льдинок в облаке: крупные, более тяжёлые, опускаются в нижнюю часть облака, а более лёгкие льдинки меньшего размера собираются в верхней части грозового облака. Хотя всё облако в целом остаётся нейтральным, нижняя часть облака получает отрицательный заряд, а верхняя — положительный.
Франклин на стодолларовой купюре
Подобно наэлектризованной расческе, притягивающей воздушный шарик из-за индуцирования на его ближней к расческе стороне противоположного заряда, грозовое облако индуцирует на поверхности Земли положительный заряд. По мере развития грозового облака, заряды увеличиваются, при этом растёт напряжённость поля между ними, и, когда напряжённость поля превысит критическое значение для данных погодных условий, происходит электрический пробой воздуха — разряд молнии.
На бога надейся, а про молниеотвод не забывай!
Человечество обязано Бенджамину Франклину — впоследствии президенту Высшего исполнительного совета Пенсильвании и первому Генеральному почтмейстеру США — за изобретение громоотвода (точнее было бы назвать его молниеотводом), навсегда избавившего население Земли от пожаров, вызываемых попаданием молний в здания. Кстати, Франклин не стал патентовать своё изобретение, сделав его доступным для всего человечества.
Не всегда молнии несли только разрушения — уральские рудознатцы определяли расположение железных и медных руд именно по частоте ударов молний в определённые точки местности.
Лейденские банки в экспозиции Канадского музея науки и техники
В числе учёных, посвятивших своё время исследованию явлений электростатики, необходимо упомянуть англичанина Майкла Фарадея, впоследствии одного из основателей электродинамики, и голландца Питера ван Мушенбрука, изобретателя прототипа электрического конденсатора — знаменитой лейденской банки.
Наблюдая за гонками DTM, IndyCar или Formula 1, мы даже не подозреваем, что механики зазывают пилотов для смены резины на дождевую, опираясь на данные метеорологических РЛС. А эти данные, в свою очередь, основаны именно на электрических характеристиках подступающих грозовых облаков.
Метеорологическая РЛС в аэропорту им. Пирсона, Торонто
Статическое электричество — наш друг и враг одновременно: его недолюбливают радиоинженеры, натягивая заземляющие браслеты при ремонте сгоревших плат в результате удара поблизости молнии — при этом, как правило, выходят из строя входные каскады оборудования. При неисправном заземляющем оборудовании оно может стать причиной тяжёлых техногенных катастроф с трагическими последствиями — пожаров и взрывов целых заводов.
Статическое электричество в медицине
Тем не менее, оно приходит на помощь людям при нарушениях сердечного ритма, вызванных хаотическими судорожными сокращениями сердца больного. Его нормальная работа восстанавливается пропусканием небольшого электростатического разряда при помощи прибора, называемого дефибриллятором. Сцена возвращения пациента с того света с помощью дефибриллятора является своего рода классикой для кино определённого жанра. При этом следует отметить, что в кино традиционно показывают монитор с отсутствующим сигналом сердцебиения и зловещей прямой линией, хотя на самом деле применение дефибриллятора не помогает, если сердце пациента остановилось.
Разрядники на крыле самолета Boeing 738-800 предназначены для снятия статического электричества для обеспечения надежной работы бортового электронного оборудования.
Другие примеры
Нелишне будет вспомнить о необходимости металлизации самолетов для защиты от статического электричества, то есть, соединения всех металлических частей самолета, включая двигатель, в одну электрически целостную конструкцию. На законцовках всего оперения самолета устанавливают статические разрядники для стекания статического электричества, накапливающегося во время полета вследствие трения воздуха о корпус самолета. Эти меры необходимы для защиты от помех, возникающих при разряде статического электричества, и обеспечения надежной работы бортового электронного оборудования.
Электростатика играет определённую роль в знакомстве учеников с разделом «Электричество» — более эффектных опытов, пожалуй, не знает ни один из разделов физики — тут тебе и волосы, вставшие дыбом, и погоня воздушного шарика за расческой, и таинственное свечение люминесцентных ламп безо всякого подключения проводов! А ведь этот эффект свечения газонаполненных приборов спасает жизни электромонтёрам, имеющих дело с высоким напряжением в современных линиях электропередач и распределительных сетях.
И самое главное, учёные пришли к выводу, что статическому электричеству, точнее его разрядам в виде молний, мы, вероятно, обязаны появлению жизни на Земле. В ходе экспериментов в середине прошлого века, с пропусканием электрических разрядов через смесь газов, близкую по составу к первичному составу атмосферы Земли, была получена одна из аминокислот, которая является «кирпичиком» нашей жизни.
Источники бесперебойного питания (ИБП) используются для защиты оборудования от провалов напряжения, пропадания электропитания и импульсов высокого напряжения в промышленной электросети, которые могут возникать во время непрямых ударов молний
Для укрощения электростатики очень важно знать разность потенциалов или электрическое напряжение, для измерения которого придуманы приборы, называемые вольтметрами. Ввел понятие электрического напряжения итальянский учёный 19-го века Алессандро Вольта, по имени которого и названа эта единица. В своё время для измерения электростатического напряжения использовались гальванометры, названные по имени соотечественника Вольта Луиджи Гальвани. К сожалению, эти приборы электродинамического типа вносили искажения в измерения.
Изучение статического электричества
К систематическому изучению природы электростатики учёные приступили со времён работ французского учёного 18-го века Шарля Огюстена де Кулона. В частности, он ввёл понятие электрического заряда и открыл закон взаимодействия зарядов. По его имени названа единица измерения количества электричества — кулон (Кл). Правда, ради исторической справедливости, надо заметить, что годами ранее этим занимался английский учёный лорд Генри Кавендиш; к сожалению, он писал в стол и его работы были опубликованы наследниками лишь спустя 100 лет.
Работы предшественников, посвященные законам электрических взаимодействий, дали возможность физикам Джорджу Грину, Карлу Фридриху Гауссу и Симеону Дени Пуассону создать изящную в математическом отношении теорию, которой мы пользуемся до сих пор. Главным принципом в электростатике является постулат об электроне — элементарной частице, входящей в состав любого атома и легко отделяющейся от него под воздействием внешних сил. Помимо этого, действуют постулаты об отталкивании одноимённых зарядов и притягивании разноимённых.
Измерение электричества
Цифровой мультиметр, позволяющий измерять ток, напряжение, сопротивление и проверять транзисторы.
Одним из первых измерительных приборов явился простейший электроскоп, изобретённый английским священником и физиком Абрахамом Беннетом — два листочка золотой электропроводной фольги, помещённые в стеклянную ёмкость. С тех пор измерительные приборы значительно эволюционировали — и теперь они могут измерять разницу в единицы нанокулон. С помощью особо точных физических инструментов, российский учёный Абрам Иоффе и американский физик Роберт Эндрюс Милликен сумели измерить электрический заряд электрона
Ныне, с развитием цифровых технологий, появились сверхчувствительные и высокоточные приборы с уникальными характеристиками, которые, благодаря высокому входному сопротивлению, почти не вносят искажений в измерения. Помимо измерения напряжения такие приборы позволяют измерять и другие важные характеристики электрический цепей, таких, как омическое сопротивление и протекающий ток в широком диапазоне измерений. Самые продвинутые приборы, называемые из-за их многофункциональности мультиметрами, или, на профессиональном жаргоне, тестерами, позволяют измерять также и частоту переменного тока, емкость конденсаторов и осуществлять проверку транзисторов и даже измерять температуру.
Как правило, современные приборы имеют встроенную защиту, не позволяющую вывести прибор из строя при неправильном применении. Они компактны, просты в обращении и абсолютно безопасны в работе — каждый из них проходит через ряд испытаний на точность, проверяется в тяжёлых режимах работы и заслужено получает сертификат безопасности.
Литература
Автор статьи: Сергей Акишкин
Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.
Расчеты для перевода единиц в конвертере «Конвертер электрического заряда» выполняются с помощью функций unitconversion.org.
Tarkett Centre и Tarkett Commercial
I. О статике.
Что такое электростатический заряд и как он образуется?
Процессы, приводящие к образованию электростатических зарядов, наблюдаются повсюду. Мы часто называем это явление статическим электричеством и каждый из нас сталкивается с ним в повседневной жизни. Ваши волосы прилипают к расческе, белье прилипает к телу, или же, пройдя по текстильному напольному покрытию, вы ощущаете слабый электрический разряд при прикосновении к дверной ручке. В нашей повседневной жизни статическое электричество носит безобидный характер и лишь иногда приводит к незначительному дискомфорту, однако в чувствительных средах его последствия могут быть катастрофическими, приводя к травматизму, повреждая производственное оборудование или его элементы.
Статическое электричество – это просто другое название электростатических зарядов. Такие заряды образуются в результате нарушения баланса электронов на поверхности материала по причине, чаще всего, контакта с другим материалом в процессе трения или отделения одного материала от другого.
Что такое электростатический разряд?
Все вещества в окружающем мире стремятся к равновесию. Всякий электрический заряд стремится к рассеиванию всегда, когда это возможно, поскольку это также путь к достижению равновесия. Когда два материала с разными зарядами оказываются достаточно близко друг к другу, между ними происходит электрический разряд.
Человеческое тело является достаточно хорошим проводником электричества, и поэтому электрический разряд происходит автоматически всякий раз, когда человек оказывается в контакте с любым предметом, способным принять заряд.
Земля выступает в качестве огромного электрически нейтрального резервуара со сравнительно хорошей проводимостью, вследствие чего можно без особых проблем организовать передачу зарядов земле.
Все это из области физики.
Мельчайшей структурной единицей любой частицы является атом. Все атомы в нормальном состоянии содержат равные количества положительных и отрицательных зарядов. Это равносильно отсутствию какого-либо воздействия на окружающие физические объекты, так как заряды уравновешивают влияние друг друга.
Когда два материала вступают в контакт, электроны поверхностных атомов одного материала могут переходить в поверхностные атомы другого материала. В результате в одном атоме возникает избыток электронов, в то время как в другом атоме – их недостаток. Именно такая ситуация приводит к появлению электростатического заряда, который может быть измерен прибором, именуемым «измерителем статического электричества» или «устройством обнаружения статического электричества». Чаще всего результаты таких измерений даются в вольтах.
Электрон представляет собой наименьший электрический заряд, равный 1,6х1019 кулона. Накопление таких зарядов на поверхности человеческого тела создает дисбаланс статического потенциала, который может быть выражен в вольтах.
Статическое напряжение и методы устранения
С явлением этим сталкивался каждый из нас. Всем знакомы искры и потрескивания в волосах при снятии синтетической одежды или неприятные разряды электрического тока при прикосновении к металлическим предметам, другому человеку или животными. Происходит это благодаря статическому электричеству – разряду электростатического заряда накапливающегося под воздействием многих факторов на поверхности различных предметов, в том числе и человеческого тела.
Причинами накопления зарядов являются нестойкие атомарные связи, приводящие к потере электронов и накопления электрического положительного заряда. Спровоцировано это может быть различными излучениями (рентгеновским, ультрафиолетовым, радиациями), некоторыми технологическими и физическим процессами, среди которых пальма первенства принадлежит трению. Например, образуются статические заряды при трении жидкостей о стенки трубопроводов, одежды из синтетики, кузова автомобиля о воздух или подвижных частей технологического оборудования, что является причиной возникновения статического электрического потенциала, который может достигать:
- на теле человека до 6 кВ;
- на кузове автомобиля до 10 кВ;
- на приводном ремне ременной передачи – 25 кВ.
Попробуем разобраться, насколько опасны такие величины статического напряжения, и каким образом с ними бороться.
Вредные воздействия электростатического напряжения
Величина электрического тока, возникающая при электростатическом разряде, угрозы жизни человека не представляет. Ограниченная мощностью разряда она составляет доли миллиампера и вызывает лишь кратковременное болевое ощущение, однако, длительное нахождение под воздействием электростатики влечет за собой проблемы центральной нервной системы и нарушения психики. Кроме того из-за рефлекторных реакций человека в производственных условиях возрастает риск травматизма.
Более критична к статическому напряжению дорогостоящая техника, в частности чувствительная электроника. Накопления статического потенциала могут выводить из строя полупроводниковые приборы, приводить к порче элементы микроэлектроники, в том числе и при производстве аппаратуры. Но главная опасность статики в производственных условиях (для взрывоопасных и пожароопасных производств) таится в том, что при возможных разрядах возникают искры, энергии которых достаточно для воспламенения присутствующих в воздухе примесей.
Меры защиты от статического напряжения
Избавиться от возникновения электростатического напряжения, как от физического явления невозможно, однако можно существенно снизить или полностью нейтрализовать его влияние. В бытовых условиях эффективной мерой является увлажнение воздуха, так уже при относительной влажности в 85% накопления электростатического заряда практически не происходит. Среди других мер можно упомянуть:
- предпочтения в пользу натуральной одежды (хлопок, лен) и отказ от синтетики;
- применение антистатического напольного покрытия;
- применение антистатиков.
Основной мерой защиты от статического напряжения в производственных условиях является защитное заземление любого оборудования и предметов, способных накапливать электрические заряды. Благодаря надежному соединению с заземляющим контуром заряды стекают в землю, исключая возможность их накопления. При организации рабочих мест, связанных со сборкой и наладкой высокочувствительной электроники, заземлению подвергается стол, токопроводящее напольное покрытие и сиденье стула, сам оператор одет в токопроводящую одежду и обувь, в ряде случаев используется заземление инструмента и заземляющие браслеты.
Как правило, заземление справляется с проблемами снятия статического напряжения, тем не менее, для уменьшения его воздействия применяют:
- поддержание относительной влажности воздуха на уровне не ниже 65-70%;
- снижение удельного сопротивления поверхностей, которые накапливают заряды;
- ионизацию воздуха при помощи нейтрализаторов (высоковольтных, индукционных).
Применение комплекса защитных мер позволяет полностью снять статическое напряжение.
Смотрите также другие статьи :
Гармоники кратные 3-м
Гармоники образуют импульсные источники питания бесчисленной электробытовой техники, источники бесперебойного питания, энергосберегающие люминесцентные лампы и т.д. Характерной чертой симметричной трехфазной сети при сбалансированных нагрузках является сдвиг токов на 120°, как следствие суммарный ток нейтрального провода имеет нулевое значение.
Подробнее…Для чего нужно заземление
Само по себе напряжение для жизни человека опасности не несет – можно находиться под потенциалом без ущерба для здоровья, угроза возникает при прохождении через тело человека электрического тока. Безопасным считается ток, не превышающий 1 миллиампера, однако уже сила тока в 50 мА может привести к остановке сердца.
Подробнее…Способы использования свойств статического электричества. Статическое электричество — что это такое, как генерируется и проблемы с ним связанные
Статическое напряжение приносит пользу, а иногда и неприятности. Попробуем разобраться почему. На дружеской вечеринке смешайте в чашке ложку соли и щепотку перца. Попросите друзей разделить смесь на составляющие. После бесполезных попыток продемонстрируйте им небольшой эксперимент. Расчешите волосы пластиковой расческой, а затем дотроньтесь ею до содержимого чашки. Частицы перца сами выскочат из емкости. В основе этого забавного опыта лежит интересное явление статического электричества.
Под словом «электричество» ученые подразумевают взаимодействие электрических зарядов. Их движение упорядочено, чтобы люди могли пользоваться разнообразными приборами и механизмами: от чайника до троллейбуса. Статическое электричество не спешит запускать в работу холодильник или мобильный телефон. Оно находится в состоянии релаксации. То есть, свободный заряд сохраняется, пока не возникнут условия для движения. Это довольно просто: представьте пожарного, который ждет сообщения о возгорании жилого дома.
Как открыли статическое электричество
Примерно восемь тысяч лет назад наши предки приручили диких коз и овец. Они заметили, что изделия из шерсти обладают необычной способностью накапливать заряд. Впервые понятие о статическом электричестве пытался сформулировать древнегреческий математик Фалес. Для своих опытов он использовал янтарь. Камень притягивает мелкие легкие частицы, если натереть его шерстяной тканью. Тогда из этого явления не смогли извлечь пользу. Электрон по-гречески янтарь. В честь него гораздо позже назвали элементарную частицу с отрицательным зарядом.
Спустя две тысячи лет придворный врач английской королевы Уильям Гилберт описывает, что такое статическое электричество. В своём научном труде по физике он подчеркивает родственную природу электричества и явления магнетизма. Исследования британца стали началом для подробного изучения темы среди коллег в Европе. Более четкое понятие о статическом электричестве дал опыт Отто фон Герике. Немец собрал первый электростатический механизм. Это был шар из серы на железном стержне. В результате ученый узнал, что предметы под воздействием электричества могут не только притягиваться, но и отталкиваться друг от друга.
Немного науки
Сегодня причины возникновения статического электричества хорошо изучены. Это явление наблюдается на поверхностях некоторых предметов в результате взаимодействия с другими материалами. Сила заряда и его способность сохраняться зависят от их свойств и состава. Самый простой пример взаимодействия тел – трение. Чем интенсивнее и быстрее девушка расчёсывает волосы, тем сильнее образуется заряд. Статическое электричество окружает людей повсюду, но они замечают его не всегда. Электростатические заряды образуются в солнечную погоду при передвижении на автомобиле. Они накапливаются от напряжения, которое возникает между асфальтом и кузовом. Если водитель не использует антистатик, это приведет к искре.
Опасность статического электричества
Большинство явлений статического электричества в повседневной жизни человек просто не замечает. Незначительные неприятности могут возникнуть при использовании одежды из шерсти или синтетики. Величины токов в этом случае очень небольшие и не оставляют травм. На бытовом уровне это вполне безопасно. Сложности появляются, когда речь заходит о промышленном производстве, предприятиях перерабатывающей отрасли или машиностроения. В больших количествах электростатические заряды присутствуют на производстве. Станки, сепараторы, ленты транспортера могут обладать значительным потенциалом.
Если таких факторов много, образуется электрическое поле с высокими показателями напряженности. В этой обстановке находится не только некомфортно, но и опасно для здоровья. Главная причина для беспокойства в условиях опасного производства — пожарная опасность статического напряжения. На поверхности оборудования или одежды может накопиться большой заряд. Речь идет о работе с легковоспламеняющимися жидкостями, горючими газами и взрывоопасными смесями. Искра может стать причиной серьезной аварии.
Защита от статического электричества
Чтобы избежать неблагоприятного воздействия этого явления, разработан государственный стандарт показателя напряженности электростатических полей. Его максимально допустимый уровень 60 кВ/м в час. Они могут изменяться от времени нахождения рабочего в опасном помещении. Измерить уровень заряда статического электричества – задача для профессионала. Ключевым показателем является зависимость сопротивления поля (его способность препятствовать прохождению тока) и его напряженности (отношение силы поля к величине заряда). На этом основывается работа измерительных приборов.
Влияние статического электричества на организм человека может быть губительным и вызывает различные заболевания, в том числе психические. Если говорить о производственной безопасности в целом, основных способов борьбы два:
- Снижение возможности образования электростатических зарядов.
- Устранение накопления электростатических зарядов.
Чтобы уменьшить трение – детали оборудования шлифуют и смазывают. Для изготовления механизмов применяются одинаковые материалы. Избавиться от зарядов можно с помощью заземления станков.
Статическое электричество может сыграть злую шутку при распылении или разбрызгивании жидкостей с низкими показателями проводимости тока. Это чревато их воспламенением.
Проблема решается использование специальной тары и условиями обработки. К индивидуальным средствам защиты от статического напряжения можно отнести несколько наименований:
- Специальная одежда (штаны и куртка).
- Обувь с подошвой, обеспечивающей изоляцию.
- Перчатки.
- Браслеты для снятия диэлектрического напряжения.
Нет худа без добра
Статическое электричество приносит не только вред, но и пользу. С развитием технологий, люди приручили статическое напряжение и научились извлекать из него выгоду. Так явление успешно используется при ламининации пиломатериалов, в бумажной промышленности. Накопленный заряд помогает при изготовлении и нанесении этикеток и при качественной порошковой покраске автомобилей.
Виды статического электричества. Возникновение и удаление статики
Нарушение баланса между электрическими зарядами внутри материала или на его поверхности это возникновение статического электричества. Заряд сохраняется, пока он не будет снят вследствие протекания электрического тока или разряда. Статическое электричество вызывается при контакте и разделении двух поверхностей, и хотя бы одна из поверхностей является диэлектриком – непроводящим электрический ток материалом. Со статическим электричеством большинство из людей знакомы, поскольку они видели искры в момент нейтрализации избыточного заряда, ощущали на себе разряд и слышали сопровождающий его треск.
Причины статического электричества
Вещества состоят из атомов, которые в обычном состоянии электрически нейтральны, поскольку содержат равное количество положительных зарядов (протонов ядра) и отрицательных зарядов (электронов атомных оболочек). Статическое электричество заключается в разделении положительных и отрицательных зарядов. При контакте двух материалов электроны могут переходить с одного материала на другой, что приводит к избытку положительных зарядов на одном материале, и равном избытке отрицательного заряда на другом материале. При разделении материалов образовавшийся дисбаланс зарядов сохраняется.
При контакте материалы могут обмениваться электронами; материалы, слабо удерживающие электроны, склонны их терять, в то время как материалы, в которых внешние оболочки атомов не полностью заполнены, склонны захватывать электроны. Этот эффект называется трибоэлектрическим, и приводит к тому, что один материал заряжается положительно, а другой отрицательно. Полярность и величина заряда при разделении материалов зависит от относительного положения материала в трибоэлектрическом ряду.
Материалы располагаются в ряду, один конец которого является положительным, а другой отрицательным. При трении пары материалов материал, располагающийся ближе к положительному концу ряда, заряжается положительно, а другой – отрицательно. Единого трибоэлектрического ряда (подобного ряду напряжений металлов), не существует, как нет и единой теории электризации. Обычно ближе к положительному концу ряда располагаются материалы с большей диэлектрической проницаемостью.
Порядок следования материалов в трибоэлектрическом ряду может быть нарушен. Так в паре шелк-стело, стекло отрицательно, в паре стекло-цинк, отрицателен цинк, а в паре цинк-шелк, отрицательно заряжается не цинк, как следовало бы ожидать, а шелк. Такое отсутствие упорядоченности называется трибоэлектрическим кольцом.
Трибоэлектрический эффект – основная причина возникновения статического электричества в повседневной жизни, при взаимном трении различных материалов. Например, если потереть воздушный шарик о волосы, он заряжается отрицательно, и может притягиваться к положительно заряженным источникам стены, прилипая к ней и нарушая законы тяготения.
Предупреждение и удаление статических зарядов
Предотвратить накопление статики очень просто – достаточно открыть окно или включить увлажнитель воздуха. Увеличение содержания влаги в воздухе приведет к увеличению ее электрической проводимости, аналогичного эффекта можно добиться ионизацией воздуха.
Особо чувствительны к статическим разрядам предметы можно защитить нанесением антистатического средства, с образованием на поверхности предмета токопроводящего слоя.
Особенно чувствительны к разрядам статического электричества полупроводниковые компоненты электронных устройств. Для защиты этих устройств обычно используются токопроводящие антистатические пакеты. Работающие с полупроводниковыми схемами люди зачастую заземляют себя антистатическими браслетами, надеваемыми на кисть руки. Избежать образования статических зарядов при контакте с полом (например, в больницах), можно путем ношения антистатической обуви с токопроводящей подошвой.
Разряд
Искра – это разряд статического электричества, когда избыточный заряд нейтрализуется потоком зарядов из окружения или к окружению. Электрический удар вызывается раздражением нервов при протекании нейтрализующего тока через человеческое тело. Запасенная энергия статики зависит от размера объекта, электрической емкости, напряжения, до которого он оказался заряженным, и диэлектрической проницаемости окружающей среды.
Для моделирования эффекта разряда статики на чувствительные электронные приборы, человеческое тело представляется как электрическая емкость в 100 пФ, заряженная до напряжения от 4 до 35 кВ. При касании объекта эта энергия разряжается менее чем за микросекунду. Хотя общая энергия разряда мала, порядка миллиджоулей, она может повредить чувствительные электронные приборы. Большие объекты запасают больше энергии, что представляет опасность для людей при контакте, или воспламенить искрой горючий газ или пыль.
Молния
Молния – пример статического разряда атмосферного электричества в результате контакта частиц льда в грозовых облаках. Обычно значительные разряды могут накапливаться только в областях в малой электрической проводимостью. Разряд обычно наступает при напряжении поля порядка 10 кВ/см, в зависимости от влажности. Разряд перегревает окружающий воздух с образованием яркой вспышки и звука треска. Молнии – всего лишь масштабный вариант искры статического разряда электричества. Вспышка возникает вследствие нагрева воздуха в канале разряда до такой высокой температуры, что он начинает излучать свет, как и любое раскаленное тело. Удар грома – последствия взрывного расширения воздуха.
Электронные компоненты
Многие полупроводниковые приборы электронных устройств очень чувствительны к присутствию статики и могут быть повреждены разрядом. При обращении с наноустройствами обязательно ношение антистатического браслета. Другой мерой предосторожности является снятие обуви с толстой резиновой подошвой и постоянное стояние на металлическом заземленном основании.
Образование электричества в потоках возгораемых и горючих материалов
Разряд статического электричества представляет опасность в отраслях промышленности, где применяются горючие вещества, где маленькие электрические искры могут привести к взрыву. Движение мельчайших частиц пыли или жидкостей с малой электропроводностью в трубопроводах или их механическое перемешивание может вызвать образование статики. При статическом разряде в облаке пыли или паров возможен взрыв.
Взрываться могут зерновые элеваторы, лакокрасочные фабрики, участки производства стекловолокна, топливозаправочные колонки. Накапливание заряда в среде происходит при ее электрической проводимости менее 50 пС/м, при большей проводимости образующиеся заряды рекомбинируют (рекомбинация – процесс, обратный ионизации), и накапливания не происходит.
Наполнение больших трансформаторов трансформаторным маслом требует соблюдения предосторожностей, поскольку электростатические разряды внутри жидкости могут повредить изоляцию трансформатора.
Поскольку интенсивность образования зарядов тем выше, чем выше скорость течения жидкости и диаметр трубопровода, в трубопроводах диаметром более 200 мм скорость течения жидкости ограничивается стандартом. Так, скорость течения углеводородов с содержанием воды обычно ограничивается на уровне 1 м/с.
Образование зарядов ограничивается заземлением. При проводимости жидкости ниже 10 пС/м этой меры оказывается недостаточно, и к жидкости добавляются антистатические присадки.
Перекачивание топлива
Перекачивание горючих жидкостей наподобие бензина по трубопроводам может привести к образованию статики, а разряд может привести к возгоранию паров топлива.
Подобные случаи происходили на автозаправках и в аэропортах при заправке самолетов керосином. Здесь также эффективно заземление и антистатические присадки. Течение газа в трубопроводах представляет опасность лишь при наличии в газе твердых частичек или капелек жидкости.
На космических аппаратах статическое электричество представляет большую опасность вследствие низкой влажности среды, и с этой опасностью придется считаться при осуществлении запланированных полетов на Луну и Марс. Пешие переходы по сухой поверхности могут вызвать образование огромных зарядов, могущих повредить электронные устройства.
Озонное растрескивание
Статические разряды в присутствии воздуха или кислорода вызывают образование озона. Озон повреждает резиновые детали, в частности, ведет к растрескиванию уплотнителей.
Энергия статического разряда
Высвободившаяся при статических разрядах энергия варьируется в широких пределах. Разряды энергией более 5000 мДж представляют опасность для человека. Один из стандартов предполагает, что предметы потребления не должны создавать разряд с энергией выше 350 мДж на человека. Максимальное напряжение ограничивается значением 35-40 кВ вследствие ограничивающего фактора – коронного разряда. Потенциал ниже 3000В обычно человеком не ощущается. Прохождение пешком 6 метров по полихлорвиниловому линолеуму при влажности воздуха 15% вызывает образование потенциала 12 кВ, в то время как при 80% влажности потенциал не превышает 1,5 кВ.
Искра возникает при энергии искры выше 0,2 мДж, но искру подобной энергии человек обычно не видит и не слышит. Чтобы произошел взрыв в водороде, достаточно искры с энергией 0,017 мДж, и до 2 мДж для паров углеводородов. Электронные компоненты повреждаются при энергии искры между 2 и 1000 нДж.
Применение статики
Статическое электричество широко используется в ксерографах, воздушных фильтрах, для окраски автомобилей, фотокопировальных устройствах, краскораспылителях, принтерах, и заправке топливом воздушных судов.
Похожие темы:
electrosam.ru
Возникает в том случае, когда нарушается внутриатомное или внутримолекулярное равновесие, связанное с приобретением или потерей электрона. При одинаковом числе протонов и электронов атом находится в состоянии равновесия. Электроны очень легко перемещаются между атомами, формируя положительные ионы, когда отсутствует электрон или отрицательные ионы, при наличии дополнительного электрона. При появлении данного дисбаланса и происходит возникновение статического электричества. Почему возникает статическое электричество
Разделение материалов и поверхностный контакт – самые распространенные причины появления статического электричества, особенно на производстве, связанном с обработкой, наматыванием или разматыванием различных рулонных материалов. Электрический пробой возникает в промежутке между рядом расположенными материалами. Когда пленка выходит из контактной зоны слышно небольшое потрескивание и наблюдается слабое искрение. В этом случае статический заряд набирает величину, вполне достаточную, чтобы пробить окружающий воздух. Синтетическая пленка перед контактом с валом в электрическом отношении нейтральна. Но, когда пленка начинает контактировать с валом, на нее направляется поток электронов и создает отрицательный заряд. По заземленному металлическому валу положительный заряд очень быстро уходит. Если какой-либо объект способен накопить заряд большой величины и, при этом, имеется высокое напряжение, то статическое электричество может привести к искрению, электростатическому притягиванию или отталкиванию, а также к поражению персонала электротоком. Несколько проблем, связанных со статическим электричеством
|
electric-220.ru
Защита от статического электричества. Возникновение, днейсвие
Статическое электричество возникает вследствие сохранения зарядов электростатического поля на диэлектрических материалах. Оно отрицательно влияет на жизнь человека и эксплуатацию электрических устройств. Образование искр от статического электричества способствует пожарам и взрывам. Мощности энергии вполне хватит для возгорания газовоздушных смесей и пыли.
Заряд статического электричества может накапливаться на теле человека, если на нем одежда из шерсти или из химических волокон. Величина потенциала около 7 Джоулей не составляет опасности для человека, однако способна вызвать судороги и сокращения мышц. А это в свою очередь может создать условия для травмы на работе, падения с высоты и т.д.
Статическое электричество отрицательно влияет на функционирование точных приборов, радиосвязи, вызывает неисправности в работе. Работники, на которых постоянно воздействует статическое электричество, чаще болеют сердечно-сосудистыми заболеваниями и болезнями нервной системы.
Только защита от статического электричества способна свести к нулю или вовсе не допустить возникновение этого отрицательного явления.
Источники статического электричества
- Действие различных излучений.
- Резкое изменение температуры.
- Взаимодействие тел друг с другом при движении.
Это явление оказывает негативное влияние и представляет опасность. Защита от статического электричества позволяет полностью предотвратить или значительно уменьшить его действие.
В бытовых условиях статическое поле часто возникает на шерсти животных, при снятии синтетической одежды, расчесывании волос, при ношении резиновой обуви, хождении по ковру в шерстяных носках, пользовании пластмассовыми изделиями.
Электростатическое поле не угрожает жизни человека, при разряде образуется слабый ток, который не способен слишком навредить организму человека. Он может создать лишь некоторое некомфортное состояние. Для предотвращения такого эффекта необходимо соблюдать всего лишь несколько простых правил: в морозную и сухую погоду не гладить животных, медленнее снимать шерстяную одежду, либо обработать ее специальным составом, при расчесывании волос применять деревянную или металлическую расческу.
Накапливанию электростатической энергии способствуют:
- Железобетонные стены здания.
- Слишком сухой воздух.
Для электронных устройств заряд электростатического поля является злейшим врагом. Некоторые элементы электронных устройств не способны выдержать высокие напряжения, возникающие при разряде. Чувствительные элементы могут выйти из строя или ухудшить свои параметры работы.
Если объектом воздействия электрического поля станут легковоспламеняющиеся жидкости, это создаст условия для их воспламенения. Эти жидкости при перевозке в цистернах могут накопить статический заряд. Также заряд возникает и от механизма или человека, подошедшего к ним близко. Поэтому в промышленном производстве, где имеются легковоспламеняющиеся жидкости, большое внимание уделяют устройству заземления подвижных конструкций, механизмов. Для пошива обуви и специальной одежды на производстве также применяются специальные ткани, которые не способны накапливать электрический заряд.
Принцип действия
Разберемся, как образуется статический заряд. В нормальном состоянии физические тела обладают одинаковым числом отрицательных и положительных частиц. За счет этого баланса создается нейтральное состояние тела. При нарушении нейтрального состояния тело получает электрический заряд одного полюса.
Статикой называется состояние тела в покое, когда оно находится без движения. В веществе тела может возникать поляризация, которая выражается в передвижении зарядов между частями тела, либо от находящегося рядом предмета.
Вещества электризуются из-за разделения тел, изменения зарядов во время трения, резкого изменения температуры, облучения. Заряды электрического поля находятся на поверхности тела или удалены от поверхности на расстояние, равное межатомному расстоянию. Если тела не заземлены, то заряды концентрируются на контактной площади, а при наличии заземления заряд уходит в контур заземления.
Процессы накапливания зарядов и их стекание происходят в одно время. Тело электризуется при условии получения им большего заряда энергии, по сравнению с расходуемым зарядом. В результате становится понятно, что защита от статического электричества должна отводить накапливаемые заряды на заземляющий контур.
Величина статического электричества
Все физические вещества имеют свою характеристику на трибоэлектрической шкале, в зависимости от их способности создавать электрические заряды различных полюсов при трении. Основные такие вещества изображены на рисунке.
Чтобы иметь представление о размерах возникающих статических зарядов, рассмотрим несколько примеров:
- Вращающийся шкив с приводным ремнем способен зарядиться до 25000 вольт.
- Кузов автомобиля, движущегося по сухой дороге, может получить заряд до 10000 вольт.
- Человек в шерстяных носках при хождении по сухому ковру способен накопить заряд на теле до 6000 вольт.
В результате становится понятно, что напряжение электростатического поля может достигнуть значительных размеров даже в быту. Этот заряд не причиняет человеку значительного вреда ввиду его малой мощности. Разряд протекает через большое сопротивление и исчисляется в нескольких долях миллиампера.
Влажность воздуха также снижает электростатический заряд. Она влияет на значение потенциала тела во время прикосновений с разными материалами. Поэтому защита от статического электричества может заключаться в применении увлажнителей воздуха.
В природной среде существует статическое электричество, достигающее огромных значений. Например, при движении облаков между ними возникают большие потенциалы энергии, которые выражаются в разрядах молнии. Мощность этих разрядов вполне хватит, чтобы сжечь деревянный дом или расколоть ствол многолетнего дерева.
В бытовых условиях при разрядах электростатического поля человек чувствует мелкие пощипывания в пальцах, видны искры от трения шерстяной одежды, снижается работоспособность человека. Электростатическое поле негативно влияет на состояние человека, но явных повреждений не наносит.
Существуют измерительные приборы, способные точно измерить значение статического потенциала накопленного заряда на теле человека и на корпусе какого-либо устройства.
Защита от статического электричества
Существуют различные методы защиты от разрядов электростатического поля, как в быту, так и в промышленных условиях. Они имеют свои отличия. Рассмотрим подробнее каждые из них.
Защита в бытовых условиях
Каждый человек должен представлять опасность, которую несут статические разряды для организма. Их необходимо знать, и уметь их ограничивать. Для решения этой задачи организуются разные мероприятия по обучению людей методам защиты, в том числе телепередачи.
На этих мероприятиях людям объясняют, откуда и как появляется статическое поле, методы его измерения и приемы выполнения профилактической работы. Например, чтобы избежать неприятных ощущений статического поля, для расчесывания волос целесообразно использовать деревянные расчески, вместо пластиковых. Дерево имеет нейтральные характеристики, и во время трения не создает заряды электростатического поля. В магазинах можно без труда приобрести деревянную расческу любой формы и вида.
Чтобы предотвратить образование статического потенциала на кузове автомобиля при езде по сухому дорожному покрытию, применяют специальные антистатические ленты, которые фиксируются сзади автомобиля на днище кузова. В торговой сети можно без труда выбрать любой вариант такой ленты.
Если автомобиль ничем не защищен от возможного разряда накопленного заряда потенциала, то напряжение можно снимать временным заземлением кузова автомобиля путем его соединения с землей через металлическую часть. Для этого можно использовать ключ зажигания. Снимать напряжение в обязательном порядке необходимо перед тем, как заправлять автомобиль бензином.
Когда на одежде из химических волокон образуется статический заряд, то рекомендуется пользоваться «Антистатиком». Это специальный баллончик в виде аэрозоля, который продается в магазинах. Он снимает статическое электричество с одежды, тканей, с синтетических чехлов на сиденьях автомобиля, особенно в зимнее время, когда воздух сухой. Но, чтобы не использовать различные баллончики и химию, рекомендуется носить одежду из натуральных материалов: хлопка и льна.
Если на обуви прорезиненная подошва, то это создает условия для накопления потенциала напряжения. Чтобы этого не произошло, достаточно в обувь положить специальные антистатические стельки, которые сделаны из натуральных материалов. В результате негативное влияние на человека уменьшится.
Слишком сухой воздух зимой в городских квартирах способствует накапливанию электростатического заряда. Для этого существуют специальные устройства – увлажнители воздуха. Если такого устройства нет, то вполне подойдет большая влажная салфетка, которую необходимо положить на батарею. В результате процесс накопления заряда уменьшится, обстановка в квартире улучшится. Также рекомендуется регулярно производить влажную уборку. Это позволит вовремя удалять пыль и наэлектризованные участки. Такой способ является лучшим.
Электрические устройства в быту при эксплуатации также накапливают статический заряд на корпусе. Для снижения действия статического заряда выполняют систему уравнивания потенциалов. Она подключается к заземляющему контуру всего дома. Акриловая ванна подвержена накоплению на ней статического заряда, и ее необходимо защищать системой уравнивания потенциалов. Даже чугунная ванна с акриловым вкладышем также подвержена этому негативному явлению.
Защита от статического электричества на производстве
В промышленном производстве применяют несколько способов сохранения функциональности оборудования:
- Увеличение стойкости устройств и оборудования к воздействию электростатического разряда.
- Блокировка проникновения заряда на рабочее место.
- Недопущение возникновения электростатических зарядов.
Два последних способа дают возможность осуществлять защиту многих устройств, а первый способ применяется только для отдельных видов оборудования.
Высокую защиту от разрядов статического поля и сохранения функциональности устройства обеспечивает клетка Фарадея. Это металлическая клетка в виде сетки с мелкой ячейкой. Клетка ограждает оборудование со всех сторон. Она подключается к заземляющему контуру. Внутрь клетки не проходят электрические поля, в то же время магнитному статическому полю, клетка Фарадея не мешает. По такому же принципу защищают кабели, оснащая их металлическим экраном.
Защита от статического электричества делится по методам выполнения:
- Конструкционно-технологические.
- Химические.
- Физико-механические.
Последние два метода дают возможность снизить образование зарядов и повысить скорость их ухода в землю. Первый метод выполняет защиту устройств от зарядов, но не отводит их на заземление.
Оптимизировать снижение электростатического заряда можно следующим образом:
- Увеличением токопроводимости материалов.
- Созданием коронирования.
Такие задачи решают с помощью:
- Выбора материалов с хорошей объемной проводимостью.
- Увеличением рабочих поверхностей.
- Ионизацией воздушного пространства.
Для реализации этих задач создают магистрали для протекания на землю статических зарядов, минуя рабочие компоненты устройств. Если материалы имеют высокое сопротивление, то применяют другие способы.
Похожие темы:
electrosam.ru
Статическое электричество — это… Что такое Статическое электричество?
Стати́ческое электри́чество — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках.
Волосы девочки наэлектризовались от трения.
Происхождение
Электризация диэлектриков трением может возникнуть при соприкосновении двух разнородных веществ из-за различия атомных и молекулярных сил (из-за различия работы выхода электрона из материалов). При этом происходит перераспределение электронов (в жидкостях и газах ещё и ионов) с образованием на соприкасающихся поверхностях электрических слоёв с противоположными знаками электрических зарядов. Фактически атомы и молекулы одного вещества, обладающие более сильным притяжением, отрывают электроны от другого вещества.
Полученная разность потенциалов соприкасающихся поверхностей зависит от ряда факторов — диэлектрических свойств материалов, значения их взаимного давления при соприкосновении, влажности и температуры поверхностей этих тел, климатических условий. При последующем разделении этих тел каждое из них сохраняет свой электрический заряд, а с увеличением расстояния между ними за счет совершаемой работы по разделению зарядов, разность потенциалов возрастает и может достигнуть десятков и сотен киловольт.
Электрические разряды могут взаимно нейтрализоваться вследствие некоторой электропроводности влажного воздуха. При влажности воздуха более 85 % статическое электричество практически не возникает.
Статическое электричество в быту
Статическое электричество широко распространено в обыденной жизни. Если, например, на полу лежит ковер из шерсти, то при трении об него человеческое тело может получить электрический заряд минус, а ковер получит заряд плюс. Другим примером может служить электризация пластиковой расчески, которая после причесывания получает минус заряд, а волосы получают плюс заряд. Накопителем минус-заряда зачастую являются полиэтиленовые пакеты, полистироловый пенопласт. Накопителем плюс-заряда зачастую является сухая полиуретановая монтажная пена, если её сжать рукой.
Когда человек, тело которого наэлектризовано, дотрагивается до металлического предмета, например трубы отопления или холодильника, накопленный заряд моментально разрядится, а человек получит легкий удар током.
Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Даже простое расчесывание волос в сухой день может привести к накоплению статического заряда с напряжением в десятки тысяч вольт, однако ток его освобождения будет настолько мал, что его зачастую невозможно будет даже почувствовать. Именно низкие значения тока не дают статическому заряду нанести человеку вред, когда происходит мгновенный разряд.
С другой стороны, такие напряжения могут быть опасны для элементов различных электронных приборов — микропроцессоров, транзисторов и т. п. Поэтому при работе с радиоэлектронными компонентами рекомендуется принимать меры по предотвращению накопления статического заряда.
Молнии
В результате движения воздушных потоков, насыщенных водяными парами, образуются грозовые облака, являющиеся носителями статического электричества. Электрические разряды образуются между разноименными заряженными облаками или, чаще, между заряженным облаком и землей. При достижении определенной разности потенциалов происходит разряд молнии между облаками или на земле. Для защиты от молний устанавливаются молниеотводы, проводящие разряд напрямую в землю.
Помимо молний, грозовые облака могут вызывать на изолированных металлических предметах опасные электрические потенциалы из-за электростатической индукции.
Примечания
См. также
Ссылки
dic.academic.ru
Статическое электричество
Феномен статического электричества известен давно, и каждый из нас сталкивается с проявлениями его почти ежедневно. При одевании или снимании одежды из синтетического материала, контакте с экраном телевизора или компьютера зачастую возникает ощутимый электрический разряд. В современном мире эффект статического электричества получил широкое практическое применение (печатные и копировальные аппараты, окраска). Однако разряд статического электричества может привести и к трагическим последствиям.
Впервые возможности статического электричества вызывать возникновение взрыва и пожара были обнаружены в 1893 г. американцем Рихтером, который пытался улучшить процесс сухой химчистки одежды и попробовал ввести порошок магнезии в бензол, используемый в процессе чистки, для увеличения его токопроводности.
В топливной и химической индустрии проблему возникновения зарядов статического электричества начали глубоко изучать В начале 30-х гг., после нескольких взрывов на заводах компании SHELL. На морском же транспорте изучением этой проблемы занялись несколько позже, в середине 60-х гг., опять же после серии взрывов на танкерах, которые перевозили сырую нефть. Были проведены фундаментальные исследования в области возникновения зарядов статического электричества на танкерах при различных технологических операциях и определены международные требования по предотвращению образования электростатических разрядов.
Рассмотрим природу образования электростатического заряда.
Причины возникновения зарядов статического электричества. Существует три этапа, последовательно приводящих к возникновению опасности воспламенения горючих смесей при воздействии статического электричества, а именно:
Разделение заряда;
Накопление заряда;
Разряд статического электричества.
Известно, что атомы состоят из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные частицы — электроны. Сумма всех отрицательных зарядов в теле по абсолютному значению равна сумме всех положительных зарядов в нем, поэтому в целом тело электрически нейтрально и не имеет заряда.
Электроны, находящиеся на периферийных орбитах атома, могут сравнительно легко покидать свое место и переходить на орбиты атомов другого тела или вещества. Тот атом, который потеряет электроны, будет испытывать их недостаток и получит положительный заряд. Атом-же, на орбиты которого перейдет оторвавшийся электрон, будет иметь избыток электронов, а заряд его станет отрицательным. Иначе говоря, при перемещении электронов с орбиты одного атома на орбиту другого происходит перераспределение зарядов, и при этом один атом получает положительный заряд, а другой отрицательный. Такие заряженные атомы называются ионами.
При электризации тел заряды не создаются, а только разделяются: часть отрицательных зарядов переходит с одного тела на другое.
Например, при трении эбонитовой палочки о шерсть, эбонит получает отрицательный заряд, а шерсть заряжается положительно.
Перетекшие электронов происходит только в случае взаимодействия атомов с различной плотностью электронов.
Всякий раз, когда в контакт входят два неоднородных материала, на поверхности, разделяющей эти материалы, происходит разделение заряда. Эта поверхность может разделять два твердых тела, твердое тело и жидкость или две несмешивающиеся жидкости. На поверхности раздела заряд одного знака, например положительного, перемещается от материала А к материалу В таким образом, что эти материалы становятся соответственно положительно и отрицательно заряженными. Пока материалы А и В неподвижны и контактируют друг с другом, заряды находятся чрезвычайно близко друг к другу. В таком случае незначительная разность потенциалов между зарядами противоположного знака не представляет какой-либо угрозы.
Интенсивное разделение зарядов происходит в результате таких действий, как:
Прохождение потока жидкости через трубы или мелкоячеистые фильтры,
Осаждение частиц твердого тела или несмешивающейся жидкости через другую жидкость,
Выброс мелких капель или частиц из сопла,
Всплескивание или взбалтывание жидкости при ее соприкосновении с твердой поверхностью,
Сильное трение друг о друга некоторых материалов.
Когда заряды разъединяются, между ними образуется большая разность потенциалов. При этом в окружающем пространстве также происходит распределение разности потенциалов, иначе говоря, формируется электрическое поле (т. е. во время мойки танка при распылении жидкости электростатическое поле возникает во всем объеме танка).
Если в электростатическое поле поместить незаряженный проводник, то он получит примерно такой же потенциал, как и поле, в котором он находится. Более того, поле приводит в движение заряды внутри проводника, заряд одного знака притягивается полем к одному концу проводника, на другом же конце проводника формируется равный по величине заряд противоположного знака. Заряды, разделенные таким образом, называются индуцированными, они накапливаются в электростатическом поле.
Заряд может возникать и там, где не происходит непосредственного контакта между заряженными телами, а также при воздействии на материал другого заряженного тела, что вызывает формирование положительных и отрицательных ионов. Например, при прохождении грозового облака над высоким зданием или судном, в последних формируются положительные и отрицательные ионы, хотя непосредственного контакта между материалами или зарядами не было. Это приводит к тому, что одно и то же вещество или тело может нести противоположные заряды.
Вокруг заряженного тела происходит формирование электрического поля, своего рода отображение пространства вокруг заряженного тела. В двух противоположных точках электрического поля определяется разность потенциалов в вольтах. Напряженность электрвстатнческвге пвля впределяется в вольтах на метр (В/м).
В однородном электрическом поле напряженность поля определяется как разность потенциала на метр. Величина напряженности поля определяет возможность возникновения разряда. В сухом воздухе искровой электрический разряд может произойти при величине напряженности электрического поля около 3 000 000 В/м. Однако если поместить в поле заземленный проводник, то даже при слабой напряженности поля можно получить значительный электрический разряд.
Накопление заряда. Ранее разделенные заряды стремятся вновь соединиться между собой и нейтрализовать друг друга. Этот процесс известен как релаксация заряда. Если один из материалов или оба эти материала, несущие электростатический заряд, обладают низкой токопроводностыо, то повторное соединение зарядов затруднено и данный материал аккумулирует (накапливает) заряд на себе.
Время, в течение которого сохраняется заряд, характеризуется временем релаксации
данного материала, которое соотносится с его токопроводностью. Чем меньше токопроводность
материала, тем больше период релаксации заряда.
Если же проводимость материала высока, то заряды соединяются очень быстро, тем самым препятствуя процессу их разъединения, в результате чего происходит очень незначительное аккумулирование заряда или же он не аккумулируется совсем. Материал с такой проводимостью может сохранять или аккумулировать заряд только в том случае, если он окружен диэлектриком. При этом скорость потери им заряда будет зависеть от времени релаксации диэлектрика.
Можно сказать, что наиболее важным фактором, определяющим время релаксации материала, является его электропроводность.
Все материалы по степени их токопроводиости условно можно разделить на три основные группы.
Первая группа — проводники. К твердым проводникам относится большинство металлов, а к жидким — целый диапазон водных растворов солей, включая морскую воду. Человеческое тело, более чем на 60% состоящее из воды, также является проводником электрического тока. К важным свойствам жидких проводников относится не только их неспособность удерживать электрический заряд, если они не изолированы, но и почти мгновенное разряжение, если они изолированы и существует возможность электрического разряда. Иными словами, полученный заряд распространяется равномерно по всему материалу, а при соприкосновении с заземлением мгновенно исчезает.
Очень часто разряды между двумя проводниками происходят в виде искры, в таком случае они гораздо опаснее, чем разряды, возникающие между проводником и диэлектриком. При релаксации заряда между проводником и диэлектриком возникают не искровые, а коронные или кистевые разряды.
Вторая группа — диэлектрики или изоляторы. Если заряд возникает только в месте соприкосновения или разъединения материалов, то такие материалы называются диэлектриками.
Заряженные диэлектрики доставляют заряд в место, где может произойти непосредственный контакт заряда с проводником. Сильно заряженные диэлектрики могут непосредственно инициировать воспламеняющие искры. Жидкости рассматриваются как диэлектрики, если их проводимость менее 50 пикоСименсов на метр (пСм/м) с периодом релаксации не более 0,35 с. Такие жидкости зачастую называют аккумулирующими статическое электричество. К ним относятся чистые нефти и чистые нефтепродукты (дистилляты), сжиженные газы.
Третья группа представляет собой ряд жидкостей и твердых материалов с промежуточной токопроводностью. Яркий пример — темные нефти, сырые нефти, спирты, ацетон и др.
Когда напряженность электрического поля достигаетопределенной величины, может произойти разряд поля, который имеет различные формы. Для воспламенения паровоздушной смеси необходимо, чтобы электростатический разряд был достаточно мощным. Было установлено, что для воспламенения паровоздушной смеси пропана достаточно, чтобы между электродами произошел разряд с выделением энергии в 0,2 мДж, а для воспламенения паровоздушной смеси аммиака потребуется разряд в 600 раз мощнее.
Существуют следующие формы электростатических разрядов.
Корона — ионное излучение голубоватого цвета. Его можно увидеть на острых углах или вантах при некоторых погодных условиях. Это сияние известно под названием «Огни Святого Эльма». Такое излучение не несет в себе достаточно энергии для возникновения пламени.
Северное, или полярное, сияние — это слабые лучи, сформированные из очень маленьких искр, испускаемых заряженными острыми углами или выступами конструкций в направлении заряженных облаков или тумана. Такое свечение может возникнуть в танках супертанкеров, оно также не несет в себе достаточной энергии для возникновения пламени.
Искра возникает только в том случае, если напряженность электрического поля достигает некоторой критической величины. Ионный луч увеличивается с повышением напряженности поля, и конечный результат такого увеличения — возникновение настоящей искры. При большой напряженности поля образуется разряд, более известный как молния. Однако если мы поместим в электрическое поле заземленный проводник, то возникнет искровой разряд, достаточный для воспламенения смеси даже при малых величинах напряженности поля.
studfiles.net
Статическое электричество ESD и его последствия
Что же из себя представляет термин “Статическое электричество” — совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках. Электризация происходит в процессе трения двух диэлектриков, то-есть фактически происходит отрыв электронов от вещества с образованием разности потенциалов на соприкасающихся поверхностях.
Чем опасно статическое электричество?
Но перейдем к практике, чем-же нам так мешает статика в нашей работе? На первый взгляд мы не видим этого и значит оно нам не грозит. Это неверное предположение, статика присутствует всегда, когда мы ходим или соприкасаемся с разными предметами и просто в жаркий солнечный день в воздухе, количество статического электричества может превышать все воображаемые пределы. Человек начинает ощущать статическое напряжение свыше 3000 вольт и увидеть искрение можно от 5000 вольт. Иногда мы на себе можем накапливать заряд до 10000 вольт, при том что радиоэлементы могут выйти из строя при токах возникающих при напряжении уже в 5 вольт. Согласно общей статистики от электростатического разряда выходят из строя более 50 процентов всех электронных компонентов, а цифра уже собранной и эксплуатируемой продукции превышает 60 процентов.
Важно знать что величина статического электричества зависит от многих факторов, основной это относительная влажность воздуха:
Так что не обязательно нам что-то специально натирать что-бы получить статический разряд, это происходит всегда без нашего на то желания.
Как бороться со статическим электричеством?
Первое и самое важное правило, рабочий инструмент и приборы должны быть обязательно заземлены. При работе с радиоэлементами и собранными устройствами на руку человека надевается специальный антистатический браслет который соединяется с точкой заземления через резистор в 1 МОм.
Рабочий стол тоже должен быть заземлен, на рабочей поверхности должно быть покрытие которое имеет может максимально проводить электрические разряды, оно должно иметь малое сопротивление. Также необходимо соблюдать чистоту в рабочем помещении или мастерской. Проводить как можно чаще влажную уборку. В помещении где производится ремонт положить специальное проводящее напольные покрытие обеспечивающие отвод накопившегося зарядка с соприкасающихся поверхностей к точке заземления.
Это лишь малая часть информации касающейся антистатической безопасности, на просторах интернета есть массу сайтов посвященных именно данной теме на которых написано много полезных советов и правил соблюдая которые вы сможете максимально обезопасить свое рабочее место. При этом самым повысив рентабельность и качество всех выполняемых работ.______________________Вы собираетесь купить дом масса выгодных предложений.
progulki.com.ua
Статическое напряжение — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Статическое напряжение
Cтраница 1
Статические напряжения в лопатках первых ступеней сравнительно невелики. Однако эти лопатки работают в резонансе с частотой возмущающих импульсов, поскольку их отстройка от резонанса практически невозможна; поэтому повышение демпфирующей способности лопаток первых ступеней турбин является весьма мощным, а иногда единственным средством обеспечения их надежности.
Статические напряжения следует находить от воздействия центробежных сил и от стационарной части гидродинамической нагрузки.
Статическое напряжение в известных пределах является стимулятором работы. Доказано, что предварительное статическое ние, например сгибателей предплечья, не только не последующей динамической работы, а наоборот, ее.
Статические напряжения, определяемые по формуле О ст т % / А, ввиду одинакового поперечного сечения стержней совпадают.
Статическое напряжение не влияет на процесс окалинообразова-ния стали Х18Н10Т в такой мере, как углеродистой, по-видимому, вследствие образования на хромоникелевой стали более тонкой, эластичной и прочной пленки.
Статическое напряжение не оказывает влияния на общую коррозию магния и его сплавов, нэ в присутствии ионов хлора они склонны к коррозионному растрескиванию. Сернистый газ и его водные растворы, а также жидкий и газообразный аммиак не вызывают коррозии магния. Наилучшим способом защиты магния и его сплавов является химическая обработка (погружение в раствор солей хромовой кислоты или анодная обработка в этом растворе) с последующей грунтовкой поверхности с применением ZnCrO4 и нанесением лака или эмали.
Статическое напряжение сдвига Э меньше динамического напряжения сдвига то, что связано с физико-химической природой суспензий.
Статическое напряжение сдвига 0 определяется также на ротационных (торсионных) приборах. Многочисленные исследования показали, что для получения стабильных результатов замеры следует проводить при небольшой скорости вращения цилиндра прибора, однако операция замера должна протекать не более 1 мин.
Статическое напряжение сдвига (СНС) бурового раствора Qt (Па), где индекс t указывает время (мин) нахождения образца в покое. Величина характеризует прочностное сопротивление бурового раствора, находящегося в покое заданное время, и определяется с помощью прибора СНС-2 или реомет-ров типа ВСН как касательное напряжение сдвига, которое соответствует началу разрушения структуры.
Статическое напряжение сдвига (МПа) в фильтрационной корке определяется величиной 9К Кп.
Статическое напряжение сдвига характеризует усилие, которое требуется приложить, чтобы вывести раствор из состояния покоя.
Статическое напряжение сдвига (СНС) 0, определяемое минимальным касательным напряжением сдвига, при котором начинается разрушение структуры в покоящемся глинистом растворе, Па. СНС характеризует прочность тиксотропной структуры и интенсивность упрочнения во времени.
Статическое напряжение сдвига (СНС) 6 (в дПа) характеризует прочность тиксотропной структуры эмульсий в состоянии покоя. Наличие определенных значений СНС в обратных эмульсиях придает им способность удерживать во взвешенном состоянии мелкодисперсные утяжелители, снижает глубину проникновения в коллектор при нахождении эмульсии против перфорированной толщины пласта или, наоборот, приводит к увеличению давления, необходимого для ее вытеснения из коллектора. При этом обратные эмульсии могут обладать СНС за счет структурирования всего объема дисперсионной среды структурообразователями или за счет образования коагуля-ционной структуры путем соединения глобул дисперсной фазы в агрегаты, связанные между собой в объеме дисперсионной среды. Последний вид структуры легко разрушается при течении системы или повышении температуры.
Как проверить мультиметром напряжение аккумулятора
Как проверить напряжение аккумулятора мультиметром
Статическое электричество возникает вследствие сохранения зарядов электростатического поля на диэлектрических материалах. Оно отрицательно влияет на жизнь человека и эксплуатацию электрических устройств. Образование искр от статического электричества способствует пожарам и взрывам. Мощности энергии вполне хватит для возгорания газовоздушных смесей и пыли.
Заряд статического электричества может накапливаться на теле человека, если на нем одежда из шерсти или из химических волокон. Величина потенциала около 7 Джоулей не составляет опасности для человека, однако способна вызвать судороги и сокращения мышц. А это в свою очередь может создать условия для травмы на работе, падения с высоты и т.д.
Статическое электричество отрицательно влияет на функционирование точных приборов, радиосвязи, вызывает неисправности в работе. Работники, на которых постоянно воздействует статическое электричество, чаще болеют сердечно-сосудистыми заболеваниями и болезнями нервной системы.
Только защита от статического электричества способна свести к нулю или вовсе не допустить возникновение этого отрицательного явления.
Источники статического электричества- Действие различных излучений.
- Резкое изменение температуры.
- Взаимодействие тел друг с другом при движении.
Это явление оказывает негативное влияние и представляет опасность. Защита от статического электричества позволяет полностью предотвратить или значительно уменьшить его действие.
В бытовых условиях статическое поле часто возникает на шерсти животных, при снятии синтетической одежды, расчесывании волос, при ношении резиновой обуви, хождении по ковру в шерстяных носках, пользовании пластмассовыми изделиями.
Электростатическое поле не угрожает жизни человека, при разряде образуется слабый ток, который не способен слишком навредить организму человека. Он может создать лишь некоторое некомфортное состояние. Для предотвращения такого эффекта необходимо соблюдать всего лишь несколько простых правил: в морозную и сухую погоду не гладить животных, медленнее снимать шерстяную одежду, либо обработать ее специальным составом, при расчесывании волос применять деревянную или металлическую расческу.
Накапливанию электростатической энергии способствуют:
- Железобетонные стены здания.
- Слишком сухой воздух.
Для электронных устройств заряд электростатического поля является злейшим врагом. Некоторые элементы электронных устройств не способны выдержать высокие напряжения, возникающие при разряде. Чувствительные элементы могут выйти из строя или ухудшить свои параметры работы.
Если объектом воздействия электрического поля станут легковоспламеняющиеся жидкости, это создаст условия для их воспламенения. Эти жидкости при перевозке в цистернах могут накопить статический заряд. Также заряд возникает и от механизма или человека, подошедшего к ним близко. Поэтому в промышленном производстве, где имеются легковоспламеняющиеся жидкости, большое внимание уделяют устройству заземления подвижных конструкций, механизмов. Для пошива обуви и специальной одежды на производстве также применяются специальные ткани, которые не способны накапливать электрический заряд.
Принцип действияРазберемся, как образуется статический заряд. В нормальном состоянии физические тела обладают одинаковым числом отрицательных и положительных частиц. За счет этого баланса создается нейтральное состояние тела. При нарушении нейтрального состояния тело получает электрический заряд одного полюса.
Статикой называется состояние тела в покое, когда оно находится без движения. В веществе тела может возникать поляризация, которая выражается в передвижении зарядов между частями тела, либо от находящегося рядом предмета.
Вещества электризуются из-за разделения тел, изменения зарядов во время трения, резкого изменения температуры, облучения. Заряды электрического поля находятся на поверхности тела или удалены от поверхности на расстояние, равное межатомному расстоянию. Если тела не заземлены, то заряды концентрируются на контактной площади, а при наличии заземления заряд уходит в контур заземления.
Процессы накапливания зарядов и их стекание происходят в одно время. Тело электризуется при условии получения им большего заряда энергии, по сравнению с расходуемым зарядом. В результате становится понятно, что защита от статического электричества должна отводить накапливаемые заряды на заземляющий контур.
Величина статического электричестваВсе физические вещества имеют свою характеристику на трибоэлектрической шкале, в зависимости от их способности создавать электрические заряды различных полюсов при трении. Основные такие вещества изображены на рисунке.
Чтобы иметь представление о размерах возникающих статических зарядов, рассмотрим несколько примеров:
- Вращающийся шкив с приводным ремнем способен зарядиться до 25000 вольт.
- Кузов автомобиля, движущегося по сухой дороге, может получить заряд до 10000 вольт.
- Человек в шерстяных носках при хождении по сухому ковру способен накопить заряд на теле до 6000 вольт.
В результате становится понятно, что напряжение электростатического поля может достигнуть значительных размеров даже в быту. Этот заряд не причиняет человеку значительного вреда ввиду его малой мощности. Разряд протекает через большое сопротивление и исчисляется в нескольких долях миллиампера.
Влажность воздуха также снижает электростатический заряд. Она влияет на значение потенциала тела во время прикосновений с разными материалами. Поэтому защита от статического электричества может заключаться в применении .
В природной среде существует статическое электричество, достигающее огромных значений. Например, при движении облаков между ними возникают большие потенциалы энергии, которые выражаются в разрядах молнии. Мощность этих разрядов вполне хватит, чтобы сжечь деревянный дом или расколоть ствол многолетнего дерева.
В бытовых условиях при разрядах электростатического поля человек чувствует мелкие пощипывания в пальцах, видны искры от трения шерстяной одежды, снижается работоспособность человека. Электростатическое поле негативно влияет на состояние человека, но явных повреждений не наносит.
Существуют измерительные приборы, способные точно измерить значение статического потенциала накопленного заряда на теле человека и на корпусе какого-либо устройства.
Защита от статического электричестваСуществуют различные методы защиты от разрядов электростатического поля, как в быту, так и в промышленных условиях. Они имеют свои отличия. Рассмотрим подробнее каждые из них.
Защита в бытовых условияхКаждый человек должен представлять опасность, которую несут статические разряды для организма. Их необходимо знать, и уметь их ограничивать. Для решения этой задачи организуются разные мероприятия по обучению людей методам защиты, в том числе телепередачи.
На этих мероприятиях людям объясняют, откуда и как появляется статическое поле, методы его измерения и приемы выполнения профилактической работы. Например, чтобы избежать неприятных ощущений статического поля, для расчесывания волос целесообразно использовать деревянные расчески, вместо пластиковых. Дерево имеет нейтральные характеристики, и во время трения не создает заряды электростатического поля. В магазинах можно без труда приобрести деревянную расческу любой формы и вида.
Чтобы предотвратить образование статического потенциала на кузове автомобиля при езде по сухому дорожному покрытию, применяют специальные антистатические ленты, которые фиксируются сзади автомобиля на днище кузова. В торговой сети можно без труда выбрать любой вариант такой ленты.
Если автомобиль ничем не защищен от возможного разряда накопленного заряда потенциала, то напряжение можно снимать временным заземлением кузова автомобиля путем его соединения с землей через металлическую часть. Для этого можно использовать ключ зажигания. Снимать напряжение в обязательном порядке необходимо перед тем, как заправлять автомобиль бензином.
Когда на одежде из химических волокон образуется статический заряд, то рекомендуется пользоваться «Антистатиком». Это специальный баллончик в виде аэрозоля, который продается в магазинах. Он снимает статическое электричество с одежды, тканей, с синтетических чехлов на сиденьях автомобиля, особенно в зимнее время, когда воздух сухой. Но, чтобы не использовать различные баллончики и химию, рекомендуется носить одежду из натуральных материалов: хлопка и льна.
Если на обуви прорезиненная подошва, то это создает условия для накопления потенциала напряжения. Чтобы этого не произошло, достаточно в обувь положить специальные антистатические стельки, которые сделаны из натуральных материалов. В результате негативное влияние на человека уменьшится.
Слишком сухой воздух зимой в городских квартирах способствует накапливанию электростатического заряда. Для этого существуют специальные устройства – увлажнители воздуха. Если такого устройства нет, то вполне подойдет большая влажная салфетка, которую необходимо положить на батарею. В результате процесс накопления заряда уменьшится, обстановка в квартире улучшится. Также рекомендуется регулярно производить влажную уборку. Это позволит вовремя удалять пыль и наэлектризованные участки. Такой способ является лучшим.
Электрические устройства в быту при эксплуатации также накапливают статический заряд на корпусе. Для снижения действия статического заряда выполняют систему уравнивания потенциалов. Она подключается к заземляющему контуру всего дома. Акриловая ванна подвержена накоплению на ней статического заряда, и ее необходимо защищать системой уравнивания потенциалов. Даже чугунная ванна с акриловым вкладышем также подвержена этому негативному явлению.
Защита от статического электричества на производствеВ промышленном производстве применяют несколько способов сохранения функциональности оборудования:
- Увеличение стойкости устройств и оборудования к воздействию электростатического разряда.
- Блокировка проникновения заряда на рабочее место.
- Недопущение возникновения электростатических зарядов.
Два последних способа дают возможность осуществлять защиту многих устройств, а первый способ применяется только для отдельных видов оборудования.
Высокую защиту от разрядов статического поля и сохранения функциональности устройства обеспечивает . Это металлическая клетка в виде сетки с мелкой ячейкой. Клетка ограждает оборудование со всех сторон. Она подключается к заземляющему контуру. Внутрь клетки не проходят электрические поля, в то же время магнитному статическому полю, клетка Фарадея не мешает. По такому же принципу защищают кабели, оснащая их металлическим экраном.
Защита от статического электричества делится по методам выполнения:
- Конструкционно-технологические.
- Химические.
- Физико-механические.
Последние два метода дают возможность снизить образование зарядов и повысить скорость их ухода в землю. Первый метод выполняет защиту устройств от зарядов, но не отводит их на заземление.
Оптимизировать снижение электростатического заряда можно следующим образом:
- Увеличением токопроводимости материалов.
- Созданием коронирования.
Такие задачи решают с помощью:
- Выбора материалов с хорошей объемной проводимостью.
- Увеличением рабочих поверхностей.
- Ионизацией воздушного пространства.
Для реализации этих задач создают магистрали для протекания на землю статических зарядов, минуя рабочие компоненты устройств. Если материалы имеют высокое сопротивление, то применяют другие способы.
Понятие о статическом электричестве знакомо всем из школьного курса физики. Статическое электричество возникает в процессе появления зарядов на проводниках, поверхностях различных предметов. Появляются они в результате трения, возникающего при соприкосновении предметов.
Что это такое — статическое электричество
Все вещества состоят из атомов. В атоме находится ядро, вокруг которого расположены в одинаковом количестве электроны и протоны. Они способны перемещаться из одного атома в другой. При движении формируются отрицательные и положительные ионы. Их дисбаланс приводит к тому, что возникает статика. Статический заряд протонов и электронов в атоме одинаков, но имеет разную полярность.
Статика появляется в быту. Статический разряд может происходить при низких токах, но высоких напряжениях. Опасности для людей в этом случае нет, но разряд опасен для электроприборов. Во время разряда страдают микропроцессоры, транзисторы и другие элементы схемы.
Причины возникновения статистического электричества
Возникает статика при следующих состояниях:
- контакте или удалении друг от друга двух разных материалов;
- резких перепадах температуры;
- радиации, УФ-излучении, рентгеновских лучах;
- работе бумагорезательной машины и раскроечных станков.
Статика часто возникает во время грозы или перед ней. Грозовые облака при движении по воздуху, насыщенному влагой, образуют статическое электричество. Разряд происходит между облаком и землей, между отдельными облаками. Устройство молниеотводов помогает провести заряд в землю. Грозовые облака создают электрический потенциал на металлических предметах, вызывающих легкие удары при прикосновении к ним. Для человека удар не опасен, но мощная искра способна вызвать возгорание некоторых предметов.
Каждый житель неоднократно слышал треск, который раздается при снятии одежды, удар от прикосновения к автомобилю. Это является следствием появления статики. Электроразряд чувствуется при нарезании бумаги, расчесывании волос, при переливании бензина. Свободные заряды сопровождают человека везде. Использование различных электрических устройств увеличивает их появление. Они возникают при пересыпании и измельчении твердых продуктов, перекачивании или переливании горючих жидкостей, при перевозке их в цистернах, при сматывании бумаги, тканей и пленки.
Заряд появляется в результате электрической индукции. На металлических корпусах автомобилей в сухое время года создаются большие электрические заряды. Экран телевизора или монитор компьютера способен заряжаться от воздействия луча, создаваемого в электронно-лучевой трубке.
Вред и польза от статистического электричества
Статический заряд пытались использовать многие ученые и изобретатели. Создавались громоздкие агрегаты, польза от которых была низкой. Полезным оказалось открытие учеными коронного разряда. Он широко используется в промышленности. С помощью электростатического заряда красят сложные поверхности, очищают газы от примесей. Все это хорошо, но существуют и многочисленные проблемы. Электроудары бывают большой мощности. Они способны иногда поражать человека. Это случается и дома, и на рабочем месте.
Вред статического электричества проявляется в ударах разной мощности при снятии синтетического свитера, при выходе из автомобиля, включении и выключении кухонного комбайна и пылесоса, ноутбука и микроволновой печи. Эти удары могут оказаться вредными.
Возникает статическое электричество, которое сказывается на работе сердечно-сосудистой и нервной систем. От него следует защищаться. Сам человек тоже часто является переносчиком зарядов. При соприкосновении с поверхностями электроприборов происходит их электризация. Если это контрольно-измерительный прибор, дело может окончиться его поломкой.
Ток разряда, принесенного человеком, своим теплом разрушает соединения, разрывает дорожки микросхем, уничтожает пленку полевых транзисторов. В результате схема приходит в негодность. Чаще всего это происходит не сразу, а на любом этапе в процессе работы инструмента.
На предприятиях, обрабатывающих бумагу, пластмассу, текстиль, материалы часто ведут себя неправильно. Они склеиваются друг с другом, прилипают к различным видам оборудования, отталкиваются, собирают много пыли на себя, наматываются неправильно на катушки или бобины. Виной этого является возникновение статического электричества. Два одинаковых по полярности заряда отталкиваются друг от друга. Иные, один из которых заряжен положительно, а другой — отрицательно, притягиваются. Так же ведут себя и заряженные материалы.
На полиграфических предприятиях и в других местах, где используются в работе легковоспламеняющиеся растворители, возможно возникновение пожара. Это происходит в тех случаях, когда на операторе надета обувь с токонепроводящей подошвой, а оборудование не имеет правильного заземления. Способность возгорания зависит от следующих факторов:
- типа разряда;
- мощности разряда;
- источника статического разряда;
- энергии;
- наличия поблизости растворителей или других горючих жидкостей.
Разряды бывают искровыми, кистевыми, скользящими кистевыми. От человека исходит искровой разряд. Кистевой возникает на заостренных частях оборудования. Энергия его настолько мала, что он практически не вызывает угрозы пожара. Кистевой разряд скользящий возникает на листовых синтетических, а также на рулонных материалах с разными зарядами на каждой стороне полотна. Опасность он представляет такую же, как искровой разряд.
Поражающая способность — главный вопрос для специалистов по технике безопасности. Если человек держится за бобину и сам находится в зоне напряжения, его тело тоже зарядится. Для снятия заряда нужно обязательно прикоснуться к заземлению или к заземленному оборудованию. Только тогда заряд уйдет в землю. Но человек при этом получит сильный или слабый электрический удар. В результате происходят рефлекторные движения, которые иногда приводят к травме.
Длительное пребывание в заряженной зоне приводит к раздражительности человека, к снижению аппетита, ухудшению сна.
Пыль из производственного помещения удаляется с помощью вентиляции. Она скапливается в трубах и может воспламениться от статистического искрового разряда.
Как снять статическое электричество с человека
Самое простейшее средство защиты от него — заземление оборудования. В условиях производства используются для этой цели экраны и иные приспособления. В жидких веществах применяются специальные растворители и присадки. Активно используются антистатические растворы. Это вещества с низкой молекулярной массой. Молекулы в антистатике легко перемещаются и вступают в реакцию с влагой, содержащейся в воздухе. За счет этой характеристики с человека снимается статика.
Если обувь оператора на токонепроводящей подошве, он должен обязательно прикоснуться к заземлению. Тогда уход статического тока в землю нельзя будет остановить, но человек получит сильный или слабый удар. Действие статического тока мы чувствуем после ходьбы по коврам и паласам. Удары током получают водители, выходящие из машины. От этой проблемы избавиться легко: достаточно прикоснуться к двери рукой, сидя на месте. Заряд стечет в землю.
Хорошо помогает проведение ионизации. Делается это с помощью антистатической планки. Она имеет много иголок из специальных сплавов. Под действием тока в 4-7кВ воздух вокруг разлагается на ионы. Используются и воздушные ножи. Они представляют собой антистатическую планку, через которую вдувается воздух и очищает поверхность. Заряды статики активно образуются при разбрызгивании жидкостей, обладающих диэлектрическими свойствами. Поэтому для снижения действия электронов нельзя допускать падающей струи.
Желательно использовать антистатический линолеум на полу и чаще проводить уборку с помощью средств бытовой химии. На предприятиях, связанных с обработкой тканей или бумаги, проблему избавления от статики решают смачиванием материалов. Повышение влажности не дает накапливаться вредному электричеству.
Чтобы снять статику, необходимо:
- увлажнять воздух в помещении;
- обрабатывать ковры и паласы антистатиками;
- протирать сиденья в машине и в комнатах антистатическими салфетками;
- чаще увлажнять кожу на себе;
- отказаться от синтетической одежды;
- носить обувь на кожаной подошве;
- предотвращать появление статики на белье после стирки.
Хорошо увлажняют атмосферу комнатные цветы, кипящий чайник, специальные приспособления. Антистатические составы продаются в магазинах бытовой химии. Они распыляются над ковровой поверхностью. Можно изготовить антистатик самостоятельно. Для этого берут смягчитель ткани (1 колпачок), выливают в бутылку. Затем емкость наполняется чистой водой, которую разбрызгивают над поверхностью ковра. Салфетки, смоченные антистатиком, нейтрализуют заряды на обивке сидений.
Увлажнение кожи производится лосьоном после душа. Руки протираются несколько раз в день. Следует поменять одежду на натуральную. Если она заряжается, обработать антистатиками. Рекомендуется носить обувь с кожаной подошвой или ходить по дому босиком. Перед стиркой желательно насыпать на одежду ¼ стакана соды (пищевой). Она снимает разряды электричества и смягчает ткань. При полоскании белья можно добавить в машину уксус (¼ стакана). Сушить белье лучше на свежем воздухе.
Все перечисленные меры помогают нейтрализовать статические проблемы.
Люди постоянно сталкиваются со статическим электричеством, точнее с его проявлениями (в своей квартире, в автомобиле, на производстве и т.д.). Однако не многие из нас всерьез задумывались о природе его возникновения, физических свойствах, характеристиках, средствах защиты от статического электричества. Настоящая статья посвящена поиску ответов на перечисленные вопросы.
Что такое статическое электричество
Для молекулы или атома любого вещества нормальным является равновесное состояние, т.е. число положительных (протонов) и отрицательных (электронов) частиц в атоме одинаково. Но электроны вещества могут легко (у разных материалов по разному) перемещаться от одного атома к другому, тем самым формируя положительный (недостающий электрон) или отрицательный (избыточные электрон) заряд атома. Именно такой дисбаланс в атомах и молекулах формирует статическое электрополе. Такие поля нестабильны и при первой же возможности разряжаются.
ГОСТ 17.1.018-79 “Статическое электричество. Искробезопастность» трактует термин «статическое электричество» как способность свободных электрических зарядов возникать, сохраняться и релаксировать в объеме и на поверхности полупроводников и диэлектриков.
Обязательным «спутником» статического поля является сухой воздух. При влажности выше 80% такие поля практически никогда не формируют т.к. вода является отличным проводником и не позволяет избыточному электричеству накапливаться на поверхности материалов.
Источники возникновения статического поля и причины его генерирования
Все мы помним со школьного курса физики опыт с эбонитовым стержнем, или пластмассовой расческой и куском шерстяной ткани. После натирания стержня тканью он был способен притягивать к себе мелко нарезанные кусочки бумаги.
Трение двух поверхностей является самым распространенным источников возникновения статического поля. Необязательно тереть два материала друг о друга. Статическое поле может возникнуть при одиночном контакте, к примеру, в случае наматывания/разматывания тканевой ленты.
Также источниками генерирования статического поля могут служить:
- Резкие температурные перепады;
- Высокий уровень радиации.
Статическое поле может быть «самоприобретенным» и «наведенным», т.е. полученным от другого сильно наэлектризованного объекта без непосредственного контакта с ним. Такой метод «принудительной электризации» называют индукцией.
Всем нам хорошо известен электрический треск при снятии верхней одежды или «электрический удар» от кузова автомобиля. Мы наблюдаем и нередко испытываем на себе действие статических разрядов при расчесывании волос, нарезании бумаги, переливании бензина и т.д.
Обязательным условием для генерирования статического электрополя является наличие магнитных полей. Таким образом, следует констатировать, что свободные заряды окружают нас постоянно. Но человеку этого мало и он активно использует в своей повседневной жизни и работе огромное количество различных электрических устройств, тем самым только увеличивая общую «электрическую напряженность» среды обитания.
Сфера использования
Электростатические приборы и устройства, принцип действия которых основывался на трении, так и не смогли покинуть лабораторных полок и учебных, где они, преимущественно, используются в качестве демонстрационного материала.
Попытки использовать статические поля для генерации электрического тока тоже не принесло особых успехов. Генераторы Ван Дер Граафа и Феличи, которые были созданы в 30-ом и 40-ом году прошлого столетия, тоже не нашли себе широкого применения, т.к. это оборудование было достаточно громоздко.
К тому же их функционирование и техническое обслуживание обходилось очень дорого.
Очень полезным с точки зрения промышленного применения, оказалось открытие коронного разряда, который широко применяется в различных областях промышленности. В частности, с его помощью, можно очищать газы от различных примесей и наносить краску на поверхность любой конфигурации.
Проблемы, связанные со статическим электричеством
Значительно большее внимание сегодня уделяется проблемам, которые являются прямым следствием накопленного электростатического напряжения. Электроудары различной мощности могут поражать человека, как в домашних условиях, так и на работе.
К примеру, свитер из синтетической ткани, в результате трения со спинкой кресла или с материалом верхней одежды, способен накапливать разряд, который «даст о себе знать» при его снимании. Гораздо мощнее бьет при прикосновения к кузову автомобиля, который наэлектризовался от трения об воздух.
Любой электрический прибор, будь то кухонный комбайн, ноутбук, монитор компьютера или пылесос, обязательно несет в себе электростатический заряд, который «охотно» переходит в человека при контакте. Такой «переход» может вызывать, а может и не вызывать болезненные ощущения, но он однозначно вреден для человеческого организма.
Ученые давно доказали, что воздействие энергии статического электричества представляет опасность для здоровья человека, в частности для сердечно-сосудистой и центральной нервной системы.
Защита
В упоминаемом ранее, ГОСТе детально рассматриваются способы защиты от влияния статических полей, самым простым из которых является надежное заземление оборудования.
Что можно сделать защиты от статических полей помещений частного дома и промышленных помещений?
Видео: как избавиться от статического электричества.
https://www.youtube.com/watch?v=ls-hBlqJu9Y
Для защиты людей и высокоточного оборудования от воздействия статического электричества на производстве используют специальные экраны и другие электромеханические приспособления. Для подавления электризации в жидких полимерах применяют специальные присадки и растворители. Широко используются в качестве для защиты от статического электричества в быту и на производстве различные антистатики.
Это химические вещества, имеющие низкую молекулярную массу, что позволяет их молекулам легко перемещаться и, в дополнение к этому, вступать реакцию с атмосферной влагой. Совокупность этих характеристик позволяет им рассеивать очаги возникновения статических полей и снимать статистическое напряжение с человека.
(PDF) Вычисление статического электричества на человеческих волосах
Г. Соботтка и А. Вебер / Вычисление статического электричества на человеческих волосах
из u: = (u1, u2, u3) и v: = (v1, v2, v3) имеют физическое значение —
, поскольку они являются переменными деформации, описывающими движение
поперечного сечения материала в пространстве. Первые две составляющие
u указывают на изгиб вокруг d1 и d2 и u3
измеряют кручение, то есть вращение вокруг нормали к
поперечному сечению, тогда как компоненты v описывают сдвиг
и расширение, соответственно.Таким образом, центральная линия C
волокна определяется r (s), d1 (s) и d2 (s), за исключением
для жесткого движения, то есть вращения и поступательного перемещения.
В нашей нити могут возникнуть два вырожденных случая: 1) если мы позволим кривой произвольно расширяться, она может принять локальный ноль
длины, т. Е. | R0 | = 0. Этого можно избежать, если мы обеспечим, чтобы
расширение всегда v3> 0, таким образом, r0 · d3> 0,2). Если мы допустим, что нить
дополнительно подвергнется деформации сдвига, плоскость поперечного сечения
больше не будет ортогональна центральной линии.
В крайнем случае касается кривой. Этого также можно избежать с помощью условия v3> 0.
Для вывода законов баланса рассмотрим стержневой элемент длиной
ds = s + −s−, причем 0 элемент (s +, l) оказывает результирующую контактную силу n + (s +) и контактный момент r (s +) × n + (s +) + m + (s +) относительно начала координат на участке [s− , s +], где m + (s +) — результирующая тактовая пара контакта . n + (·) и m + (·) зависят только от разделительного сечения между стержневыми элементами [0, s−) и ( s +, l].Контактное усилие и крутящий момент относительно начала координат от левого стержня элемента, приложенного к [s−, s +], обозначены −n− (s−) и −r (s−) × n− (s− ) −m− (s -). Другие силы и моменты , действующие на [s−, s +], удобно выразить в интеграле в виде Rb af (s) ds и Rb a [r (s) × f (s) + l (s)] ds, где f (s) и l (s) — сила тела и пара на единицу базовой длины. Отсюда получаем уравнения равновесия как n0 + f = 0 (9) m0 + r0 × n + g = 0.(10) Так как стержень зажат на одном конце (s = 0) и может свободно перемещаться на другом, мы имеем следующие граничные условия: x (0) = x0, d1 (0) = d10, d2 (0) = d20. Благодаря кулоновским силам , действующим в дискретных положениях частиц-индикаторов , мы также имеем фиксированное количество граничных условий типа f (si) = Fit между конечными точками волокна. Кроме того, тангенциальная часть кулоновских сил приводит к поперечному растяжению волокна.Используя соотношение , которое локально v = (0,0,1), мы можем легко решить задачу сил, действующих в поперечном направлении. Это означает, что волокно нерастяжимо и невыносимо, и предположение, что может быть оправдано тем фактом, что настоящие волокна волос демонстрируют очень высокую жесткость на растяжение . Деформации сдвига представляют для нас довольно ограниченный интерес, поэтому мы ими полностью пренебрегаем. 3.2. Решение уравнений Коссера Приведенные выше уравнения вместе с граничными условиями образуют систему связанных ОДУ.Такая двухточечная граничная задача значения (BVP) может быть решена с помощью соответствующих методов съемки. Они выполняют периодические интеграции базовых ODE , пытаясь минимизировать расстояние до граничных условий с помощью методов поиска корня, таких как , как метод Ньютона-Рафсона. Поскольку известно, что уравнения (10) жесткие по самой своей природе и проявляют особые особенности в решении, следует, по крайней мере, использовать BVP-решатели с продолжением [HM03].Такие методы продолжения на превосходят стандартные BVP-решатели, но работают с медленными скоростями согласования . Более того, скорость сходимости зависит от качества первоначального предположения. В [Pai02] Пай демонстрирует , как аппроксимировать решение вышеуказанных уравнений с помощью , отделяя законы баланса от кинематических соотношений , которые могут быть интегрированы явно с помощью формулы Родригеса , которая фактически равна линеаризация вращений.Этот метод может использоваться в сочетании со стандартными решателями BVP- для вычисления матрицы Якоби. Однако повторные оценки этого метода очень дороги. Более того, , этот подход работает с местными силами, так что каждая нагрузка преобразуется в ведомую нагрузку, проблему, которую мы подробно обсудим позже. Напротив, мы применяем подход , в котором функционал энергии стержня минимизирован. 3.3. Параметризация вращений Для решения кинематической зависимости d0 i = u × diit необходимо , чтобы выбрать подходящую параметризацию для вращений. Мы используем экспоненциальные карты, подход, который был первоначально введен в область механики стержней Симо и Ву- Куок [SVQ88] (также используется в [Pai02], [CJY02]). Ненциональная карта expo- отображает вектор деформации вращения us, определяющий ось вращения и величину вращения с тремя степенями свободы в соответствующее вращение.Вместе с вектором линейной деформации tor v (здесь всегда v = (0,0,1)) он описывает движение винта. Относительное вращение от кадра F (si) к кадру F (si + 1) составляет , полученное как eˆ wθ≈I + ˆ wsinθ + ˆ w2cos (1 − cosθ), а соответствующий сдвиг как (I − eˆ wθ) ˆ wν + wwTνθ, где w = u / | u |, ˆ w = w ×, ν = v / | u | и θ = | u | · Dd = si + 1 − si — расстояние между двумя последовательными точками на кривой. 3.4. Минимизаторы энергии Как указывалось ранее, наш подход основан на схеме минимизации энергии , которая обеспечивает решение уравнений Коссера . Более того, это позволяет нам интегрировать одиночные силы , действующие между концами стержня. В частности, ищет функцию вращательной деформации u ∗ (s), которая описывает конфигурацию минимальной энергии стержня, подверженного внешним силам . Похожая модель была представлена в [WH04].Это , основанное на дифференциальной геометрии кривых, и соответствует стандартному подходу , в котором пространственная кривая оснащена набором ортогональных направляющих. Ориентация в каждой точке выражается в терминах глобальных углов Эйлера. Так как — ses являются функцией параметра длины дуги, они могут быть аппроксимированы линейной комбинацией соответствующих базисных функций (подход Ритца). Подходящие коэффициенты можно найти: c The Eurographics Association 2006. Возможно, вы читали или слышали аббревиатуру ESD и задавались вопросом: «Что означает ESD?» Мы здесь, чтобы объяснить, что такое электростатический разряд и как его предотвратить. ESD означает электростатический разряд. При определенных условиях передача электрического потенциала может происходить, когда два материала с разными зарядами приближаются друг к другу. Это обычное явление, известное как электростатический разряд (ЭСР), может варьироваться по величине от едва поддающегося измерению движения электронов вплоть до сотен миллионов вольт, содержащихся в типичном ударе молнии при обычной грозе. Статическое электричество часто вызывает электростатический разряд в результате процесса, известного как трибозаряд. Когда два материала соприкасаются, а затем разделяются, может возникнуть движение электрического потенциала через воздух между двумя веществами, что приведет к возникновению электростатического разряда. Типичным примером является статическое электричество, которое иногда разряжается, когда пластмассовая расческа трется о сухие человеческие волосы. Может присутствовать видимая искра, но многие события ESD происходят без ее наличия. ESD опасен или разрушителен во многих ситуациях.Возникновение искры, естественно, является проблемой в любой области, где присутствует горючий газ или жидкость, и в этих областях применения требуются строгие меры безопасности для предотвращения накопления и разряда статического электричества. Небольшие, невидимые события электростатического разряда также могут вызвать серьезные проблемы, особенно в области чувствительных электронных компонентов и узлов. Микросхемы на интегральных схемах особенно уязвимы для электростатического разряда. Разряда всего 30 В, которого недостаточно для обнаружения физическими чувствами, более чем достаточно, чтобы повредить большинство ИС.Во время процессов изготовления и сборки компонентов могут возникнуть повреждения, которые трудно обнаружить. Электронная часть, подверженная небольшому электростатическому разряду, может не сразу выйти из строя, но со временем может выйти из строя и сократить срок службы собранных устройств. Создание практически свободной от статики производственной среды требует усердия и новаторства. Производственный персонал должен досконально понимать разрушительную природу электростатического разряда и принимать меры по сокращению его присутствия.Дополнительные усилия приводят к сокращению отходов материала и повышению качества. В следующем списке приведены некоторые необходимые шаги для создания рабочей зоны с защитой от электростатического разряда. При разработке автоматизированных производственных процессов инженеры обычно выбирают материалы, рассеивающие статическое электричество, для любой поверхности, на которой будут встречаться чувствительные электронные компоненты. Эти специальные материалы могут проводить электричество, но очень медленно. Любые накопленные статические заряды рассеиваются без внезапного разряда, который может повредить внутреннюю структуру кремниевых схем. Электростатический разряд — это то, что происходит, когда поток электричества между двумя электрически заряженными объектами внезапно замыкается при контакте между этими двумя объектами.Это происходит из-за накопления статического электричества между двумя объектами. Статическое электричество может накапливаться между объектами из-за трибозарядки или электростатической индукции. Обычно, когда возникает электроностатический разряд, между двумя электрически заряженными объектами, соединенными вместе, возникает видимая электрическая искра. Фактически, электростатический разряд может производить потрясающие электрические искровые шоу. В естественном мире освещение, сопровождающееся звуком грома, является сильным электростатическим разрядом.В других случаях электростатический разряд может вызвать искры или вообще шум. Тем не менее, даже если он остается незамеченным, электростатический разряд может вызвать повреждение электронных устройств. Отрасли, в которых используются электрические устройства, должны быть постоянно защищены от электростатических разрядов. Это может оказать вредное воздействие на различные отрасли промышленности. Он вызывает взрывы в природном газе, парах автомобильного топлива и в угольной пыли. Он также может разрушить интегральные схемы. Из-за опасности для продуктов и инструментов от электростатического разряда производители электроники установили зоны в опасной среде, свободные от статического электричества.Это электростатически безопасные зоны. Создание этих областей осуществляется путем принятия мер по предотвращению зарядки и удаления статического электричества, обычно с использованием заземления рабочих, поставки антистатических устройств, избегания сильно заряженных материалов и контроля влажности в среде, которая в противном случае могла бы быть подвержена электростатическому разряду. Трибозарядка, которая является частой причиной статического электричества, может выполняться различными способами. Ходьба по ковру — это пример трибозарядки, поскольку он объединяет два электрически заряженных материала (человека и ковер), а затем быстро разделяет их.Потирание пластиковой расчески о сухие волосы — еще один пример трибозарядки, которая производит статическое электричество. Если натереть баллон о кусок шерсти, встать с мягкого автокресла и снять с продукта определенные типы пластиковой упаковки, то все это вызывает трибозаряд и вырабатывает статическое электричество. Когда один из трехзарядных предметов касается другого заряженного предмета, можно увидеть или почувствовать искру и возникнет электростатический разряд. Электростатический разряд может возникать также из-за электростатической индукции.Это происходит, когда электрически заряженный объект помещается рядом с объектом с проводящими свойствами, который не касается земли. Заряженный объект создает поле электростатической энергии, которое перераспределяет электрические заряды на поверхности незаземленного объекта. Когда это происходит, незаземленный объект теперь имеет области, на которых имеется избыток положительных и отрицательных зарядов. Электростатический разряд может возникнуть, когда незаземленный объект касается чего-либо, обладающего проводимостью.Примером этого является поверхность стаканов из пенополистирола. Они могут вызвать электростатическую индукцию на близлежащих чувствительных объектах, а электростатический разряд может возникнуть, если к ним прикоснуться чем-нибудь из металла. Большинство космических аппаратов подвержены электростатическим разрядам из-за ударов заряженных частиц. Это вызывает повышенный заряд на поверхности, что делает их склонными к электростатическому разряду. Самая опасная часть электростатического разряда — это искра, которая может причинить незначительную боль людям и серьезно повредить электронное оборудование.В местах, где воздух наполнен горючими газами и / или частицами, это может вызвать пожары и взрывы. Однако даже без искры может произойти повреждение от электростатического разряда. Даже небольшое количество разряда может повредить электронику, либо полностью сломав ее, либо сделав более склонной к деградации с течением времени (что влияет на их долгосрочную надежность и производительность). Поскольку многие электронные компоненты могут быть повреждены электростатическим разрядом, необходимо принять меры по защите от него.Чувствительные материалы необходимо защищать даже во время их производства, а также после, во время транспортировки и сборки, а также готового продукта. Заземление является эффективным и важным методом предотвращения электростатического разряда. Заземление необходимо регулярно проводить и регулярно переоценивать, чтобы убедиться, что оно по-прежнему находится в надлежащем положении, чтобы быть эффективным. Хотя электростатический разряд является естественным явлением, он может повредить электронное оборудование, нанести вред людям и даже нанести вред рабочим местам и городам.При соблюдении надлежащих мер безопасности его можно свести к минимуму или предотвратить. Это хорошо для всеобщей безопасности. Сделать выбор
Часть 1: Введение в ESD Часть 2: Принципы контроля ESD Часть 3: Базовые процедуры и материалы для контроля ESD Часть 4: Обучение и аудит Часть 5: Чувствительность устройства и тестирование Часть 6: Стандарты ESD Основы электростатического разряда Часть первая — Введение в ESD © 2020, EOS / ESD Association, Inc., Rome, NY Греческий ученый Фалес Милетский упомянул самое раннее сообщение об электричестве. Он обнаружил, что после протирания янтаря к нему притягиваются пыль и листья. Слово «трибоэлектрический», о котором мы говорим позже, происходит от греческих слов tribo — что означает «тереть» и elektros — что означает «янтарь» (окаменелая смола из доисторических деревьев). Когда в 1700-х годах были открыты свойства проточного электричества, статическое электричество стало термином для старой формы электричества, который отличал его от новых форм электричества. Многие люди испытывали статическое электричество и «удары» или электростатический разряд (ESD) при прикосновении к металлической дверной ручке после ходьбы по ковровому покрытию или после скольжения по автомобильному сиденью. Однако статическое электричество и электростатические разряды веками создавали серьезные промышленные проблемы. Еще в 1400-х годах европейские и карибские военные форты использовали процедуры статического контроля и заземляющие устройства, пытаясь предотвратить непреднамеренное возгорание запасов пороха от электростатического разряда.К 1860-м годам бумажные фабрики по всей территории США использовали базовое заземление, методы пламенной ионизации и паровые барабаны для рассеивания статического электричества с бумажного полотна, проходящего через процесс сушки. Каждый вообразимый бизнес или производственный процесс в то или иное время имеет проблемы с электростатическим зарядом и разрядом. Боеприпасы и взрывчатые вещества, нефтехимия, фармацевтика, сельское хозяйство, полиграфия и графика, текстиль, живопись и пластмассы — это лишь некоторые из отраслей, в которых контроль статического электричества имеет большое значение. Эпоха электроники принесла с собой новые проблемы, связанные со статическим электричеством и электростатическим разрядом. И поскольку электронные устройства становятся быстрее, а схемы становятся меньше, чувствительность к электростатическому разряду в целом увеличивается. Эта тенденция может усиливаться. Дорожная карта технологии электростатического разряда (ESD), разработанная EOS / ESD Association, Inc., пересматривается каждые несколько лет и гласит: «Поскольку устройства становятся более чувствительными, необходимо, чтобы компании начали тщательно изучать возможности ESD в своих процессах обращения с ними».Сегодня электростатические разряды влияют на производительность и надежность продукции практически во всех аспектах глобальной электронной среды. Несмотря на значительные усилия, предпринятые в последние десятилетия, электростатические разряды по-прежнему влияют на производительность, стоимость производства, качество продукции, надежность продукции и прибыльность. Стоимость поврежденных устройств колеблется от нескольких центов за простой диод до тысяч долларов за сложные интегральные схемы. Когда включены сопутствующие затраты на ремонт и переделку, доставку, рабочую силу и накладные расходы, существуют возможности для значительных улучшений.Почти все тысячи компаний, занимающихся производством электроники, сегодня обращают внимание на основные принятые в отрасли элементы статического контроля. Сегодня доступны отраслевые стандарты EOS / ESD Association, Inc., которые помогут производителям разработать основные методы снижения и контроля статического заряда (см. Часть шестую — Стандарты ESD ). Маловероятно, что любая компания, игнорирующая статический контроль, сможет успешно производить и поставлять неповрежденные электронные компоненты. Определения терминологии ESD можно найти в ESD ADV1.0 — Глоссарий, который можно бесплатно загрузить по адресу w ww.esda.org . Электростатический заряд определяется как «электрический заряд в состоянии покоя». Статическое электричество — это дисбаланс электрических зарядов внутри или на поверхности материала. Этот дисбаланс электронов создает электрическое поле, которое можно измерить и которое может влиять на другие объекты. Электростатический разряд (ESD) определяется как «быстрый самопроизвольный перенос электростатического заряда, индуцированный сильным электростатическим полем.Примечание. Обычно заряд проходит через искру между двумя проводящими телами с разными электростатическими потенциалами, когда они приближаются друг к другу ». Электростатический разряд может изменить электрические характеристики полупроводникового устройства, ухудшая его характеристики. нормальная работа электронной системы, вызывающая сбои в работе или отказ оборудования. Заряженные поверхности могут притягивать и удерживать загрязнения, затрудняя удаление частиц. При притяжении к поверхности кремниевой пластины или электрической цепи устройства переносимые по воздуху частицы могут вызывать случайные дефекты пластин и снижение выхода продукции. Управление электростатическим разрядом начинается с понимания того, как возникает электростатический заряд . Электростатический заряд чаще всего создается при контакте и разделении двух материалов. Материалы могут быть похожими или разными, хотя разные материалы имеют тенденцию выделять более высокий уровень статического заряда. Например, человек, идущий по полу, генерирует статическое электричество, когда подошвы обуви соприкасаются, а затем отделяются от поверхности пола.Электронное устройство, скользящее в сумку, магазин или трубку или из них, генерирует электростатический заряд, поскольку корпус устройства и металлические выводы создают множественные контакты и разъединения с поверхностью контейнера. Хотя величина электростатического заряда может быть разной в этих примерах, статическое электричество действительно образуется в каждом случае. Создание электростатического заряда при контакте и разделении материалов известно как трибоэлектрический заряд. Он включает в себя перенос электронов между материалами.Атомы материала без статического заряда имеют равное количество положительных (+) протонов в ядре и отрицательных (-) электронов, вращающихся вокруг ядра. На рисунке 1 материал «A» состоит из атомов с равным количеством протонов и электронов. Материал B также состоит из атомов с равным (хотя, возможно, разным) числом протонов и электронов. Оба материала электрически нейтральны. Когда два материала входят в контакт, а затем разделяются, отрицательно заряженные электроны переносятся с поверхности одного материала на поверхность другого материала.Какой материал теряет электроны, а какой получает электроны, будет зависеть от природы двух материалов. Материал, который теряет электроны, становится положительно заряженным, в то время как материал, который получает электроны, заряжается отрицательно. (Показано на рисунке 2.) Статическое электричество измеряется в кулонах. Заряд ( q ) на объекте определяется произведением емкости объекта (C) и потенциала напряжения на объекте ( В ): Однако обычно мы говорим о электростатический потенциал на объекте, который выражается как напряжение. Процесс контакта материала, переноса электронов и разделения — гораздо более сложный механизм, чем описанный здесь. На количество заряда, создаваемого трибоэлектрической генерацией, влияют площадь контакта, скорость разделения, относительная влажность, химический состав материалов, работа выхода поверхности и другие факторы. Как только заряд создается на материале, он становится электростатически заряженным материалом или объектом (если заряд остается на материале или объекте).Этот заряд может передаваться от материала, создавая электростатический разряд или электростатический разряд. Дополнительные факторы, такие как сопротивление фактического разрядного контура и контактное сопротивление на границе раздела между контактирующими поверхностями, также влияют на фактический высвобождаемый заряд. Типичные сценарии генерации заряда и результирующие уровни напряжения показаны в таблице 1. Также показан вклад влажности в уменьшение накопления заряда. Однако следует отметить, что генерация статического заряда все еще происходит даже при высокой относительной влажности. M Eans поколения Прогулка по ковру Прогулка по виниловой плитке 10-25% относительной влажности 35000 В 12 000 В 65-90% относительной влажности 1,500 В 250 В Рабочий за верстаком 6,000 В 100 В Полиэтиленовый мешок поднят со скамейки 20,000 В 1,200 В Стул с пенополиуретаном 18000 В 1,500 В Электростатический заряд может также создаваться на материале другими способами, такими как индукция, ионная бомбардировка или контакт с другим заряженным объектом.Однако наиболее распространенным является трибоэлектрический заряд. Серия трибоэлектриков Когда два материала соприкасаются и разделяются, полярность и величина заряда указываются положениями материалов в трибоэлектрическом ряду . Таблицы трибоэлектрических рядов показывают, как возникают заряды на различных материалах. Когда два материала соприкасаются и разделяются, один из них ближе к вершине ряда приобретает положительный заряд, а другой — отрицательный.Материалы, расположенные дальше друг от друга на столе, обычно генерируют более высокий заряд, чем те, что расположены ближе друг к другу. Эти таблицы, однако, следует использовать только в качестве общего руководства, поскольку в них задействовано множество переменных, которые нельзя контролировать достаточно хорошо, чтобы обеспечить повторяемость. Типичный трибоэлектрический ряд показан в таблице 2. + Положительный Отрицательный – Мех кролика Практически все материалы, включая воду и частицы грязи в воздухе, могут иметь трибоэлектрический заряд.Количество генерируемого заряда, куда он уходит и как быстро зависит от физических, химических и электрических характеристик материала. Материал, который предотвращает или ограничивает поток электронов через его поверхность или через его объем из-за чрезвычайно высокого электрического сопротивления, называется изоляционным материалом. ESD ADV1.0 определяет изоляционные материалы — это материалы дюймов, с поверхностным сопротивлением или объемным сопротивлением равным или большим 1.0 × 1011 Ом ». На поверхности изолятора может быть образовано значительное количество заряда. Поскольку изолирующий материал не пропускает легко поток электронов, как положительные, так и отрицательные заряды могут находиться на изолирующей поверхности одновременно, хотя и в разных местах. Избыточных электронов в отрицательно заряженном пятне может быть достаточно, чтобы обеспечить отсутствие электронов в положительно заряженном пятне. Однако электроны не могут легко протекать по поверхности изоляционного материала, и оба заряда могут оставаться в место очень давно. Материал, который позволяет электронам легко проходить через его поверхность или через его объем, называется проводящим материалом. ESD ADV1.0 определяет проводящие материалы как «материал с поверхностным сопротивлением менее 1,0 × 104 Ом или объемным сопротивлением менее 1,0 × 104 Ом». Когда проводящий материал становится заряженным, заряд (недостаток или избыток электронов) будет равномерно распределен по поверхности материала. Если заряженный проводящий материал соприкасается с другим проводящим материалом, электроны довольно легко распределяются между материалами.Если второй проводник присоединен к заземлению оборудования переменного тока или к любой другой точке заземления, электроны потекут на землю, и избыточный заряд на проводнике будет нейтрализован. Электростатический заряд может создаваться трибоэлектрическим способом на проводниках так же, как он создается на изоляторах. Пока проводник изолирован от других проводов или земли, статический заряд будет оставаться на проводнике. Если проводник заземлен, заряд легко уйдет на землю.Или, если заряженный проводник контактирует с другим проводником с другим электрическим потенциалом, заряд будет течь между двумя проводниками. Диссипативные материалы обладают электрическим сопротивлением между изоляционными и проводящими материалами. ESD ADV1.0 определяет рассеивающие материалы как «материал с поверхностным сопротивлением, большим или равным 1,0 × 104 Ом, но менее 1,0 × 1011 Ом, или объемным сопротивлением, превышающим или равным 1,0 × 104 Ом, но менее 1.0 × 1011 Ом. Электронный поток может проходить через рассеивающий материал или через него, но он контролируется поверхностным сопротивлением или объемным сопротивлением материала. Как и в случае с двумя другими типами материалов, заряд может генерироваться трибоэлектрическим способом на материале, рассеивающем статическое электричество. Однако, как и проводящий материал, материал, рассеивающий статическое электричество, позволяет передавать заряд на землю или другие проводящие объекты. Перенос заряда от статического материала, рассеивающего статическое электричество, обычно занимает больше времени, чем от проводящего материала эквивалентного размера.Передача заряда от материалов, рассеивающих статическое электричество, происходит значительно быстрее, чем от изоляторов, и медленнее, чем от проводящего материала. Электростатические поля Заряженные материалы также имеют электростатическое поле и связанные с ними силовые линии. Электропроводящие объекты, попавшие в это электрическое поле, будут поляризованы с помощью процесса, известного как индукция . (См. Рисунок 4.) Отрицательное электрическое поле отталкивает электроны на поверхности проводящего элемента, который подвергается воздействию поля. Положительное электрическое поле будет притягивать электроны к поверхности, оставляя другие области заряженными положительно. Никакого изменения фактического заряда элемента при поляризации не произойдет. Однако, если элемент является проводящим или рассеивающим и подключен к земле при поляризации, заряд будет течь от земли или на землю из-за дисбаланса заряда. Если контакт заземления отключен, а затем электростатическое поле снято, заряд останется на элементе.Если непроводящий объект попадает в электрическое поле, электрические диполи будут стремиться выровняться с полем, создавая кажущиеся поверхностные заряды. Непроводник (изолирующий материал) нельзя заряжать индукцией. ПОВРЕЖДЕНИЕ ЭСР — КАК УСТРОЙСТВА ОТКАЗЫВАЮТСЯ Согласно ESD ADV1.0, изменение электростатического разряда вызвано электростатический разряд, из-за которого он не соответствует одному или нескольким указанным параметрам «.Это может произойти в любой момент, от производства до обслуживания на месте. Как правило, повреждение возникает в результате обращения с устройствами в неконтролируемой среде или при использовании ненадлежащих методов защиты от электростатического разряда. Как правило, повреждение классифицируется как катастрофический отказ или скрытый дефект. Когда электронное устройство подвергается воздействию электростатического разряда, оно может перестать работать. Событие ESD могло вызвать расплавление металла, пробой соединения или повреждение оксида. Схема устройства необратимо повреждена, в результате чего устройство перестает функционировать полностью или, по крайней мере, частично.Такие сбои обычно можно обнаружить при тестировании устройства перед отправкой. Если после тестирования произойдет событие ESD опасного уровня, деталь может быть запущена в производство, и повреждение останется незамеченным до тех пор, пока устройство не выйдет из строя при окончательном тестировании. Согласно ESD ADV1.0, скрытый отказ — это «сбой, который возникает после периода нормальной работы. Примечание. Отказ может быть связан с более ранним событием электростатического разряда. Концепция скрытого отказа является спорной и не принимается полностью. всем в техническом сообществе «.Устройство, подвергшееся воздействию электростатического разряда, может частично выйти из строя, но при этом продолжать выполнять свои функции. Поэтому выявить скрытый дефект сложно. Тем не менее, срок службы устройства может сократиться. Продукт или система, включающие устройства со скрытыми дефектами, могут выйти из строя после того, как пользователь введет их в эксплуатацию. Ремонт таких отказов обычно требует больших затрат, а в некоторых случаях они могут создавать опасность для персонала. При наличии надлежащего оборудования относительно легко подтвердить, что в устройстве произошел катастрофический отказ, поскольку базовые тесты производительности подтвердят его повреждение.Однако скрытые дефекты сложно доказать или обнаружить с помощью современных технологий, особенно после сборки устройства в готовый продукт. Повреждение ESD обычно вызывается одним из трех событий: прямым ESD на устройство , ESD от устройства или индуцированными полем разрядами. Произошло ли повреждение чувствительного к электростатическому разряду элемента (ESDS) в результате электростатического разряда, определяется способностью устройства рассеивать энергию разряда или выдерживать соответствующие уровни напряжения.Уровень выхода из строя устройства известен как чувствительность устройства к электростатическому разряду или восприимчивость к электростатическому разряду. Событие электростатического разряда может произойти, когда любой заряженный проводник (включая тело человека) разряжается на предмет. Причиной электростатического повреждения может быть прямая передача электростатического заряда от тела человека или заряженного материала на ESDS. Когда человек идет по полу, на его теле накапливается электростатический заряд. Простой контакт (или близость) пальца к выводам ESDS или узла, который обычно имеет другой электрический потенциал, может привести к разрядке тела и, возможно, вызвать повреждение ESDS ESD.Модель, использованная для имитации этого события, — это модель человеческого тела (HBM). Подобный разряд может произойти от заряженного проводящего объекта, такого как металлический инструмент или приспособление. Исходя из характера разряда, модель, использованная для описания этого события, известна как машинная модель (ММ). Передача заряда от ESDS к проводнику также является событием ESD. Статический заряд может накапливаться на самом ESDS при обращении или контакте и разделении с упаковочными материалами, рабочими поверхностями или поверхностями машины.Это часто происходит, когда устройство перемещается по поверхности или вибрирует в упаковке. Модель, используемая для имитации передачи заряда от ESDS, называется моделью заряженного устройства (CDM). Емкости, энергии и формы колебаний тока отличаются от разряда в ESDS, что, вероятно, приводит к другим режимам отказа. Тенденция к автоматизированной сборке, кажется, решает проблемы, связанные с событиями HBM ESD. Однако было показано, что компоненты могут быть более чувствительными к повреждению при сборке с помощью автоматизированного оборудования.Например, устройство может быть заряжено , если сдвинуть устройство подачи вниз. Когда он соприкасается с вводной головкой или любой другой проводящей поверхностью, происходит быстрый разряд от устройства к металлическому объекту. Другой процесс электростатического заряда, который может прямо или косвенно повредить устройства, называется индукцией поля. Как отмечалось ранее, всякий раз, когда какой-либо объект становится электростатически заряженным, возникает электростатическое поле, связанное с этим зарядом. Если ESDS помещается в электростатическое поле и заземляется, находясь в электростатическом поле, передача заряда от устройства происходит как событие CDM.Если объект удален из области электростатического поля и снова заземлен, произойдет второе событие CDM, поскольку заряд (противоположной полярности по сравнению с первым событием) передается от устройства. Повреждение ESDS событием ESD определяется способностью устройства рассеивать энергию разряда или выдерживать уровни напряжения, участвующие в разряде. Как объяснялось ранее, эти факторы определяют чувствительность устройства к электростатическому разряду. Процедуры тестирования, основанные на моделях ESD-событий, помогают определить чувствительность компонентов к ESD.Хотя известно, что очень редко существует прямая корреляция между разрядами в процедурах испытаний и реальными событиями электростатического разряда, определение чувствительности электронных компонентов к электростатическому разряду дает некоторые рекомендации по определению степени необходимой защиты от электростатического разряда. Эти и другие процедуры описаны в пятой части данной серии статей. Согласно ESD ADV1.0, выдерживаемое напряжение ESD — это «самый высокий уровень напряжения, который не вызывает отказа устройства; устройство выдерживает все испытанные более низкие напряжения».Многие электронные компоненты подвержены повреждению электростатическим разрядом при относительно низких уровнях напряжения. Многие из них чувствительны к напряжению ниже 100 вольт, а многие компоненты дисковода выдерживают напряжения даже ниже 10 вольт. Современные тенденции в дизайне и разработке продуктов включают в себя больше схем на эти миниатюрные устройства, что еще больше увеличивает чувствительность к электростатическому разряду и делает потенциальную проблему еще более острой. В таблице 3 указана чувствительность различных типов компонентов к электростатическому разряду. Тип устройства или детали СВЧ-устройства (диоды с барьером Шоттки, точечные диоды и другие детекторные диоды> 1 ГГц) Устройства на дискретных МОП-транзисторах Устройства на поверхностных акустических волнах (ПАВ) Соединительные полевые транзисторы (JFET) Устройства с зарядовой связью (ПЗС) Прецизионные диоды стабилизатора напряжения (линия регулирования напряжения нагрузки, <0.5%) Операционные усилители (OP AMP) Резисторы тонкопленочные Микросхемы GMR и новые технологии записывающие головки для дисковых накопителей Лазерные диоды Гибриды Очень быстродействующие интегральные схемы (VHSIC) Кремниевые выпрямители (SCR) с Io <0.175 А при температуре окружающей среды 10 ° C * Конкретные уровни чувствительности доступны в технических паспортах поставщика РЕЗЮМЕ В части 1 Основ ESD обсуждаются электростатический заряд и разряд, механизмы создания заряда, материалы, типы повреждений ESD, события ESD и чувствительность к ESD. Мы можем резюмировать это обсуждение следующим образом: Защита продуктов от воздействия электростатического разряда начинается с понимания этих фундаментальных концепций электростатических зарядов и разрядов. Эффективная программа борьбы с электростатическим разрядом требует эффективной программы обучения, в которой весь задействованный персонал понимает ключевые концепции. См. В Части 2 основные концепции управления электростатическим разрядом. ESD ADV 1.0, Глоссарий , EOS / ESD Association, Inc., Рим, Нью-Йорк. ESD TR20.20, Справочник ESD , EOS / ESD Association, Inc., Нью-Йорк. ESD ADV11.2, Тестирование накопления трибоэлектрического заряда , EOS / ESD Association, Inc., Рим, Нью-Йорк. ANSI / ESD S20.20 — Стандарт для разработки программы контроля электростатического разряда , EOS / ESD Association, Inc., Рим, Нью-Йорк. Прежде чем мы поговорим об электростатическом разряде (ESD), возможно, нам следует поговорить о том, откуда он берется.Вы знаете, что это такое, и даже маленькие дети знают, что его вызывает; статичное электричество. Потрите голову воздушным шариком и сделайте так, чтобы волосы встали дыбом, наденьте носки и проведите ногами по ковру или соскользните с пластиковой горки на детской площадке. Независимо от того, как вы это делаете, вы знаете, что такое статическое электричество, когда вы «полностью заряжены». Условия, при которых возникает статическое электричество, очень много, и, имея это в виду, важно понимать, как предотвратить его накопление и возникновение электростатического разряда. Хотя может показаться, что мы избегаем темы электростатического разряда, я уверяю вас, что статическое электричество имеет значение. Трибоэлектрический заряд, статическое электричество, имеет значение, потому что вызывает электростатический разряд. Материалы и люди создают это, и мы должны знать, как это остановить. Статическое электричество возникает из-за дисбаланса электронов на поверхности материала, а дисбаланс возникает, когда материал либо теряет, либо приобретает электроны. Электронный дисбаланс — это заряд материала (Q), который измеряется в кулонах.Для тех, кто ведет счет, 1 кулоновский поток за 1 секунду = 1 ампер или, в более практическом смысле, будет зажигать лампочку мощностью 120 Вт на 1 секунду. Возможно, прежде чем мы углубимся в вопрос о важности ОУР, мы должны четко определить его. ESD — это быстрая передача энергии от статически заряженного тела или материала к / от электронного устройства, чувствительного к электростатическому разряду (ESDS). Правильная программа ESD защитит ваше оборудование и продукты и в конечном итоге может сэкономить деньги вашей компании.Среди факторов, которые следует учитывать при борьбе с электростатическим разрядом, должны быть полы, рабочие поверхности, заземление персонала, ионизация, упаковка, обучение и одежда, и это лишь некоторые из них. Короче говоря, нет. Большинство разъемов Samtec — пассивные устройства; за исключением, например, FireFly TM . Глядя на межплатные разъемы, было бы чрезвычайно сложно повредить их в результате электростатического разряда, поскольку они представляют собой контакты из пластика. Однако это не означает, что Samtec легкомысленно относится к электростатическим разрядам. Фактически, Samtec недавно представила испытание в суровых условиях (SET), в котором несколько серий подвергаются испытаниям на электростатические разряды. У нас также есть серия блогов о SET, которые можно найти здесь. Samtec применяет меры по смягчению последствий в областях, где используются чувствительные компоненты / оборудование. В этих областях; специальные напольные покрытия, климат-контроль, ионизаторы и другие способы заземления используются для борьбы с электростатическим разрядом. Если у вас есть дополнительные вопросы о том, как Samtec тестирует разъемы на электростатические разряды в тяжелых условиях окружающей среды, обращайтесь в SET @ SAMTEC.COM Общий электростатический заряд, на , и гидродинамическое трение, f , молекул ДНК масштабируются примерно линейно. с зарядом. Поскольку электрофоретическая подвижность, µ , масштабируется как отношение q / f , нет никакой существенной / полезной зависимости подвижности ДНК от размера или последовательности от длины цепи.Этот фундаментальный принцип изначально препятствовал выполнению электрофоретического разделения ДНК в свободном растворе, то есть только в водном буфере; вместо этого требовалась вязкая сеть из перепутанных водорастворимых полимеров, таких как линейный полиакриламид, для разделения ДНК по размеру. При гель-электрофорезе большие фрагменты ДНК становятся более запутанными с полимерной матрицей, чем более мелкие фрагменты, что приводит к более быстрой миграции ДНК меньшего размера. Гипотетически конъюгация на конце большого монодисперсного водорастворимого полимера с каждой ДНК в смеси ДНК разного размера обеспечивает электрофоретическое разделение в свободном растворе (в отсутствие геля или матрицы), действуя как «перетаскивание» замедляет меньшие фрагменты ДНК больше, чем более крупные фрагменты ДНК. 102 Традиционные синтетические водорастворимые полимеры, такие как полиэтиленгликоль (ПЭГ), ранее оказались полностью полидисперсными, даже те, у которых индекс полидисперсности (PDI) не превышает 1,01, и первоначально для этого было необходимо использование белков, таких как стрептавидин. получить достаточно эффективные разделения. 102 В то время как чрезвычайно монодисперсные сконструированные белковые полимеры в последние годы выдвинулись на передний план, позволяя разделять все более крупные фрагменты ДНК, 103 поли- N -метоксиэтилглицин ( N мегапикселей) на основе пептоидных ДНК-перетаскиваемых меток первоначально лидировал, будучи продемонстрированным для разделения продуктов простой полимеразной цепной реакции (ПЦР). 104,105 Совсем недавно разветвленный «гребенчатый» пептоид (поли N мег), полученный конвергентными синтетическими методами, содержащий всего 70 мономеров, с точной последовательностью, конкретной разветвленной структурой и полной монодисперсностью, был использован для достижения четырехцветное по основанию секвенирование ДНК в свободном растворе по Сэнгеру с помощью капиллярного электрофореза, обеспечивающее длину считывания около 100 оснований. 106 Интересно, что этот 70-мерный пептоид может обеспечивать длину чтения ~ 100 оснований, тогда как на самом деле большой тетрамер стрептавидина (> 600 аминокислот, компактно свернутый) обеспечивает такую же длину чтения, хотя это во много раз больше. больше по молярной массе.Такой контраст размеров показывает преимущества использования полипептоида с полным отсутствием складчатой структуры, который может хорошо взаимодействовать с водным растворителем — оба свойства подобны полимеру. Тем не менее, создание этого конкретного разветвленного 70-мерного поли N мег было сложным конвергентным синтезом, который оставляет возможность для усовершенствования стратегических методов. Ключевые концепции Из Национальные стандарты научного образования : Свет, тепло, электричество и магнетизм Введение Поскольку статическое электричество слабее, оно не работает так же хорошо для питания лампочек или приборов, но вы можете заставить его творить удивительные вещи в доме. Фон Приходилось ли вам когда-нибудь тереться о волосы воздушным шариком или пушистой тканью и наблюдать, что происходит? В результате трения часть свободных отрицательных зарядов (от электронов атомов) в ваших волосах перемещается на поверхность воздушного шара или ткани. Это заставляет ваши (теперь) положительно заряженные волосы притягиваться к (теперь) более отрицательно заряженной поверхности воздушного шара или ткани. И поскольку каждый из ваших волос имеет небольшой положительный заряд, как одинаковые стороны магнита, они захотят отодвинуться друг от друга, распушая ваши волосы еще больше! Вода, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода, также состоит из заряженных частиц, причем два атома водорода имеют положительный заряд.Поскольку в жидкой форме воды эти атомы могут свободно перемещаться в любом направлении, на них легко может воздействовать статический электрический заряд. Препарат Читайте наблюдения, результаты и другие ресурсы. Наблюдения и результаты Когда вы втираете чашку из пенополистирола в волосы, отрицательные заряды (электроны) перемещаются от волос к поверхности чашки, придавая чашке отрицательный заряд.Вода, выпадающая из верхней чашки, состоит из положительных и отрицательных частей, перемешанных вместе. Но когда отрицательно заряженная чаша приближается к потоку, положительно заряженные части молекул воды (атомы водорода) притягиваются к отрицательному заряду и перемещают весь поток к струе. Почему вода не тянется вбок, чтобы прилипнуть к поверхности чашки? Несмотря на то, что статическое электрическое притяжение между отрицательной и положительной силами велико, вода все еще достаточно тяжелая, чтобы ее тянуть вниз под действием силы тяжести.Поэтому, когда вы убираете заряженную чашу с ручья, сила тяжести полностью возвращается и тянет воду прямо вниз. Поделитесь своими наблюдениями и результатами изгиба воды! Оставьте комментарий ниже или поделитесь своими фотографиями и отзывами на странице Scientific American в Facebook . Очистка Больше для изучения Что вам понадобится Объяснение электростатического разряда: что такое электростатический разряд?
Все об электростатическом разряде — Заводская табличка
EOS / ESD: основы, часть 1 | Ассоциация EOS / ESD, Inc.
q = CV
Стекло
Слюда
Человеческие волосы
Нейлон
Шерсть
Мех
Свинец
Шелк
Алюминий
Бумага
Хлопок
Сталь
Дерево
Янтарь
Сургуч
Никель, медь, латунь, серебро
Золото, платина Ацетатный вискоза
Полиэстер
Целлулоид
Кремний
Тефлон Что такое электростатический разряд? — Блог Samtec
Что такое статическое электричество?
Почему ESD имеет значение?
Влияет ли электростатический разряд на разъемы?
Электростатический заряд — обзор
9.15.3.2 Пептоидные «Drag-Tags» для биоаналитического разделения ДНК
Колено воды со статическим электричеством
Электричество
Магнетизм
Гравитация
Вы когда-нибудь замечали, что ваши волосы выделяются в сухой день, или как пушистое флисовое одеяло может образовывать искры, если вы потрете две части одеяла вместе в темноте? Обе эти вещи вызваны электричеством, которое также проходит через провода за выключателями света и электрическими розетками.Но форма электричества, которая заставляет волосы встать дыбом, известная как статическое электричество, намного слабее (хотя и достаточно сильна, чтобы накопление статического электричества могло вызвать легкий болезненный шок, если вы коснетесь нужной поверхности).
Статическое электричество работает по тем же принципам, что и магнит.Он может создавать положительный или отрицательный заряд, который может притягивать или отталкивать другие объекты.
Материалы
• Три небольших стакана из пенополистирола (в качестве альтернативы можно использовать два бумажных стаканчика для воды и надутый баллон для создания статического заряда)
• Зубочистка
• Вода
• Человек с чистыми сухими волосами
• Осторожно протолкните зубочистку наполовину через дно одной из чашек из пенополистирола.Не вынимайте зубочистку — оставьте ее застрявшей в чашке, чтобы вода в нее не текла легкими струйками.
• Держите эту чашку прямо над второй чашкой из пенополистирола.
• Наполните верхнюю чашку из пенополистирола (с зубочисткой внизу) водой и убедитесь, что из нее течет стабильная, но небольшая струя воды в чашку ниже.
Процедура
• Наблюдайте за тем, как вода течет прямо из верхней чашки в нижнюю.
• Потрите третью чашку из пенополистирола о голову человека с чистыми сухими волосами в течение нескольких секунд, чтобы получить статический электрический заряд (вы можете сказать, что это происходит, когда волосы начинают отделяться друг от друга).
• Держите статически заряженную чашку возле струи воды, не позволяя ей намокнуть.
• Что происходит с потоком воды?
• Теперь отодвиньте чашку от струи воды. Что делает вода?
• Extra: Попробуйте выполнить упражнение с другими предметами, такими как бумажный стаканчик, воздушный шарик, которым вы натерли свои волосы, или другие предметы. Что работает, чтобы изменить поток воды? Что нет?
Что произошло с потоком воды, когда статически заряженная чашка приблизилась к ней? Что произошло, когда вы забрали статически заряженную чашку? Как вы думаете, почему это произошло?
Слейте воду и осторожно удалите зубочистку. Вы можете промыть и повторно использовать чашки из пенополистирола, в которых нет отверстий.
«Почему молнии зазубрины, а не прямые?» из Scientific American
«Как аккумуляторы хранят и разряжают электричество?» из Scientific American
«Статическое электричество: узнайте о статическом заряде и статическом шоке» из журнала Science Made Simple
«Структура атома» от Нью-Йоркского университета
Откуда берется электричество? К. Вэнс Каст, 4–8 лет
Приключения Бенджамина Франклина с электричеством Беверли Берч, 9–12 лет
Далее…
Под давлением: запустить ракету на воздушном шаре
Воздушный шар (лучше всего подходят длинные, но подойдет и круглый.