Статическое электричество: что это такое, польза и вред статического напряжения

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.

Что такое статическое электричество?

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

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

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

Статическое электричество — один из самых распространенных типов энергии в природе

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

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

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

Что представляет собой подобное явление

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

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

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

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

тип

Статическое электричество может проявляться по-разному, в зависимости от природы и состояния (твердого, жидкого, газообразного) тел, участвующих в процессе. Таким образом, статическое электричество может быть представлено следующими способами:

Нагрузка между твердыми телами

Этот процесс, также называемый triboelectrificación, происходит, когда электроны переносятся между двумя твердыми телами, и происходит посредством прямого трения или трения между обоими телами. Два примера этого типа:

Смолистое электричество

Эффект, аналогичный стекловидному электричеству, который имеет место при растирании смолы.

Загрузка жидкостей

Жидкости можно заряжать электрически, транспортируя по трубам или взаимодействуя с твердыми частицами, такими как пыль. В обоих случаях речь идет о контактах между твердым телом и жидкостью..

Кроме того, они также могут заряжаться электростатически при взаимодействии с газами. Однако нагрузка между жидкостями возникает только между очень изолирующими жидкостями..

Загрузка газов

Газы сами по себе не заряжены электрически. Однако часто можно наблюдать процессы, в которых газ служит средством транспорта между твердыми или жидкими телами..

Таким образом, газы играют второстепенную роль в этом типе процесса, поскольку они служат только связующим звеном между элементами электростатического заряда и разряда..

Очень часто наблюдается перенос электрона между электрически заряженными порошками из-за природы материалов и разнообразия свойств, форм и размеров, которые могут возникать при взаимодействии..

Как снять статическое электричество

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

С человека

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

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

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

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

С волос

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

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

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

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

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

С одежды

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

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

С предметов домашнего обихода

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

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

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

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

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

Причины появления

Оно может возникать на изолированных проводниках, на поверхности или в объеме диэлектриков. Трение, возникающее при соприкосновении двух веществ разного рода, ведет к электризации диэлектриков. Это происходит из-за различных молекулярных и атомных сил. Можно сказать, что статическое электричество получается при нарушении их равновесия благодаря приобретению или потере электрона.

Объяснить этот процесс очень просто. Состояние равновесия атома достигается при наличии одинакового числа протонов и электронов. Перемещаясь от одного атома к другому, электроны формируют положительные и отрицательные ионы.

При их дисбалансе и возникает статическое электричество. Протоны и электроны имеют одинаковый электрический заряд, но с разной полярностью. Он измеряется в кулонах и определяет количество электричества, которое проходит за 1 сек. в поперечном сечении проводника. Статический заряд прямо пропорционален числу неустойчивых ионов, то есть дефициту или избытку электронов.

Природное статическое напряжение

Статическое электричество способно генерироваться. Это происходит за счет отсутствия у положительного иона одного электрона, вследствие чего он может принимать от отрицательной частицы свободный электрон. В свою очередь отрицательный ион может представлять собой атом либо молекулу, обладающую большим количеством электронов. В этих случаях имеется один электрон, который способен нейтрализовать положительный заряд.

Основными причинами, влекущими за собой возникновение статического электричества, являются:

отдаление или контакт двух материалов;
быстрые температурные перепады;
УФ-излучение, радиация, сильные электрические поля;
операции, производимые путем нарезания (раскроечные станки или бумагорезальные машины);
наведение, то есть возникновение электрического поля, вызванного статическим зарядом.

Явление, называемое статическим электричеством, встречается повсеместно в быту. Электростатический разряд происходит при очень высоких показателях напряжения, но при низких токах. При этом не возникает опасности для человека. Несмотря на это, защита от статического электричества необходима, так как оно может быть опасным для многих элементов электроприборов. От него очень часто страдают транзисторы, микропроцессоры, схемы и т.д.

Причины возникновения и проявления

Статическое напряжение возникает из-за нарушения общего баланса электрически заряженных частичек, имеющихся в любой материи. Формируется оно не только по заранее спланированному сценарию: по желанию учителя или экспериментатора. На практике оно чаще всего проявляется без участия и вопреки его воле.

Простой пример: надевание одежды, изготовленной на основе синтетических тканей. Из-за трения о тело и последующего за этим возникновения статических зарядов материя начинает плотно облегать его и не позволяет придать наряду желанный вид. Единственно возможный выход в этой ситуации – обрызгать его специальным средством, называемым «антистатиком». Только таким способом удается снять излишки заряда с синтетического материала.

Другими характерными причинами образования статического заряда являются:

ощутимые перепады температур, происходящие к тому же очень резко;
высокий уровень радиации, приводящий к повышению энергии электронов и появлению в материале разнородно заряженных частиц;
наличие сильных индукционных и магнитных полей.

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

Первые две причины, из-за которых человека начинает «бить током», не нуждаются в особых пояснениях. В отличие от них, магнитная индукция представляется серьезной проблемой, особенно в последнее время.

Удар молнии в башню

С постоянным ростом количества бытовых приборов, во многих из которых имеются индуктивные элементы, влияние электромагнитных полей на человека резко возрастает. Одно из таких проявлений – электризация атмосферы из-за разделения частиц воздуха на заряженные электроны и ионы, что является по сути тем же проявлением статического электричества.

Постепенное накапливание факторов риска, связанных с самыми различными источниками посторонних полей, привели к отдельному направлению в науке, занимающимся исследованием степени их опасности. С другой стороны, ученые с давних пор задумывались о полезных свойствах электризации и возможности поставить этот эффект на службу человеку.

Статическое электричество

Главные причины появления

Статическое электричество может возникнуть под воздействием ряда факторов, среди которых можно выделить следующие:

Наведение. Речь идет о возникновении соответствующего поля, которое вызвано зарядом. Статическое электричество очень часто возникает на производствах, которые связаны с обработкой листовых пластиков и рулонных пленок. Наиболее распространенными причинами этого являются разделение материалов и поверхностный контакт. Генерирование заряда происходит в ходе процессов наматывания/разматывания материалов. Также это может случиться во время перемещения слоев относительно друг друга. Стоит отметить, что данный процесс до сих пор является не вполне понятным. Однако наиболее правдивое объяснение все же существует. В данном случае целесообразно проведение аналогии с плоским конденсатором. В нем при разделении пластин механическая энергия преобразуется в электрическую.
Резательные операции. В качестве примера можно взять раскроечные станки.
Сильные электрические поля, которые нехарактерны для промышленного производства. Также в данный пункт следует включить рентгеновские Х-лучи, радиацию (подразумеваются высокие значения энергии) и ультрафиолетовое воздействие.
Отделение материалов друг от друга или их контакт. Сюда также относится размотка, намотка, трение и так далее.
Быстрый перепад температур. К примеру, он возникает в тот момент, когда материал помещается в духовой шкаф.

Средства для борьбы с электризацией волос

Избавиться совсем от электризации не возможно, но существуют эффективные средства для борьбы с ней и профилактики. Главное соблюдать некоторые правила по уходу за волосами.

Уход за волосами: их увлажнение, уход с помощью питательных масок, обработка секущихся кончиков. Они будут тогда лучше противостоять электризации и держать форму.
Витамины. В период недостаточности витаминов (зима, осень) принимать витаминные комплексы. В аптеках большое разнообразие таких средств, разработанных именно для волос. Надо выбирать только проверенные средства.
Минимизировать использование фенов, утюжков и другого механического воздействия. Они очень сильно пересушивают волос, разрушают его структуру. Лучше вместо плойки накручивать локоны, используя бигуди, тем более сейчас широкий выбор. Сушить волосы лучше полотенцем, а если надо быстро высушить, то использовать холодный режим сушки. Даже современные ионизированные фены не защищают волосы от полной пересушки.
Расчесывание. Не рекомендуется использовать пластиковые расчески. Выбор стоит остановить на деревянной расчески либо массажные щетки с металлическими зубчиками, щетиной и другими природными материалами на резиновой или силиконовой основе

Важное правило нельзя долгое время пользоваться одной расческой.
Прически для волос. Волосы обязательно надо собирать в хвосты, пучки, косы и прочими способами

Распущенные волосы электризуются гораздо больше, чем распущенные.
Носить шапки и шляпы плотно прилегающие к голове. Дело в том, что свободные головные уборы создают постоянное трение, чем вызывают электростатику.

Быстро избавиться от электризации волос можно воспользоваться одним из следующих способов:

Обработка антистатиком для волос — он не только помогает бороться с электризацией, но и дает им ухоженный вид
Увлажнять водой, при этом не важно какой будет она — минеральная, из под крана, термальная или это может быть отвар из ромашки
Крем для рук — он должен быть жидким, чтоб его можно было растереть на руках и просто провести по волосам (надо редко использовать, только в крайнем случае, так как может сделать их жирными)
Лак для волос не сильной фиксации распылять на расстояние не менее 20 см либо нанести на расческу и пройти по волосам

Это все меры экстренной помощи, которые помогут быстро избавиться от электризации. Но самым надежным и верным является правильный уход, который описан выше. И если волосы сильно начинают проводить статистический ток, то это знак к пересмотру ухода за ними.