Понятие о природном явлении под названием «статическое электричество» известно большинству людей еще из школьного курса физики. В нем описывается опыт, когда к потертой о волосы расческе или палочке из эбонита начинают прилипать мелко нарезанные кусочки бумаги. Исследуемое явление представлено в этом примере как притяжение разнородно заряженных элементов, что объясняется разделением зарядов за счет проделанной работы трения. Однако в природе встречаются и другие проявления этого эффекта, совсем не похожие на эксперимент или развлекательный опыт. Ознакомившись с ними, проще понять, что такое статическое напряжение и как с ним удается бороться на производстве и в бытовых условиях.
Определение статического электричества
Согласно определению, статическое электричество как эффект – опасное явление, угрожающее здоровью и практической деятельности любого человека. Чтобы осмыслить и понять его природу, следует вспомнить, что все известные вещества состоят из молекул, а последние из мельчайших частичек, называемых атомами. В их центре находится ядро с протонами и нейтронами, а вокруг него по различным орбитам вращаются группы электронов. Суммарный заряд этих частиц соответствует тому же показателю для протонов, поэтому атом в целом нейтрален.
У некоторых веществ отрицательно заряженные электроны настолько удалены от центра, что при малейшем нарушении энергетического баланса они смещаются со своих постоянных орбит. Это, как правило, происходит в результате трения, когда в веществе выделяется небольшое количество тепловой энергии.
При удалении электронов от ядра оно приобретает положительный заряд, а в теле материала появляется значительное количество частиц с противоположными зарядами (ионов). Они являются источником и основной причиной так называемого «статического электричества».
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.
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.
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.
Минусы и плюсы проявления статики
К опасным проявлениям электростатики в первую очередь относят постоянное трение некачественной одежды о тело человека и накапливание на коже электрических зарядов. В технической области этот эффект особо остро проявляется при работе монтажников-специалистов по пайке микросхем. В данном случае он угрожает выходом из строя дорогостоящих чипов или даже целых устройств, собираемых на их основе.
При сборке ценных и редких микрочипов требованиями безопасности предусмотрены специальные меры защиты от этих неприятных проявлений.
В технологиях, связанных с пайкой некоторых микросхем, электростатическая защита предполагает одевание на руку заземленного браслета, при наличии которого опасность устраняется за счет стекания зарядов на землю. Такие предупредительные меры касаются в основном устаревших К-МОП структур, все чаще вытесняемых современными микрочипами, имеющими встроенную защиту от статического электричества.
Опасность для человека
Грозовые разряды относятся к опасным проявлениям статического электричества
К опасным для человека проявлениям статики как таковой относят:
- грозовые разряды, сопровождающиеся молнией – их причиной является длительное трение воздушных потоков, по возможным последствиям, включая пожарную опасность, они намного превосходят все остальные проявления,
- воздействие зарядов на биологический покров (кожу) и появление сильных раздражений на ней,
- опасные и неприятные разряды электричества через тело человека при прикосновении к металлическим частям незаземленного оборудования.
Последнее явление не имеет никакого отношения к критическим ударам тока, вызванным аварийными ситуациями, когда опасное напряжение попадает на корпус бытового прибора.
Все эти вопросы касаются лишь внешней стороны проявлений статического электричества, избавиться от которых удается с помощью технических средств защиты. При более внимательном изучении этого процесса выясняется, что воздействие статики на соматику и организм человека способны привести к более серьезным последствиям:
- систематические нарушения сна,
- изменения тонуса сердечно-сосудистой системы,
- сильная утомляемость,
- возникновение проблем с нервной системой,
- небольшие отклонения в работе мышечных тканей.
Хотя эти нарушения поначалу не очень заметны, со временем в организме накапливаются изменения, способные привести к серьезным отклонениям. Следствием плохого сна становятся проблемы с психикой, а та в свою очередь приводит к другим заболеваниям. Вред от этого эффекта в данном случае не вызывает сомнений.
Медики рекомендуют внимательно относиться не только к материалу постоянно носимой одежды, но и к выбору домашнего постельного белья, на которых накапливается опасный заряд.
Польза статистического электричества
Отыскать способы управления статическим зарядом с пользой для человека в свое время пытались многие ученые и изобретатели. Ими разрабатывались громоздкие и очень затратные агрегаты, отдача от которых оставалась, как правило, очень низкой. Единственный прорыв в этой области – открытие учеными так называемого «коронного разряда».
Уникальные возможности этого явления используются не только на производстве, но и в обычных бытовых условиях. За счет освоения современных приемов управления электростатическими явлениями они широко применяются в следующих технологических процессах:
- окраска каркасных оснований, а также поверхностей металлоконструкций и других сборных изделий,
- очистка газов от примесей в добывающей промышленности,
- использование во многих сферах, связанных с обработкой материалов (современные нанотехнологии).
Широкое применение нашел коронарный разряд и в медицине, где он используется для ограниченного воздействия электростатическими разрядами на больные органы человека. Кроме того, на основе этого эффекта разработано множество приборов, способных ионизировать воздух не только в производственных помещениях и заводских цехах, но и в типовой городской квартире. Одно из таких полезных изобретений – электростатический фильтр, предназначенный для удаления из окружающего воздуха аэрозольных и механических частиц. Благодаря его применению удается избавиться от копоти, сажи и дыма, а также от мелких частиц пыли, в избытке скапливающихся в любом современном доме.
Как снять статическое электричество с человека и окружающих предметов
Поскольку вредность статического электричества для взрослого и ребенка доказана временем, ученые давно искали способы, позволяющие защитить их от этого опасного явления. Особую важность приобретает вопрос защиты от статики маленьких детей, которые более чувствительны к его проявлениям. Для всех категорий пользователей разработано несколько различных подходов, позволяющих снять заряд статического электричества, накапливающийся со временем на поверхностях любого предмета.
Самый простой способ избавиться от статики, скопившейся на домашнем оборудовании (на персональном компьютере или стиральной машине, например) – заземлить их посредством соединения корпуса со специальной земляной шиной.
Простейший метод снятия заряда с любой носимой вещи – периодическое опрыскивание ее пульверизатором с водой, представляющей собой хорошее заземление.
Чтобы опасный заряд не скапливался на кузове автомобиля, на его заднем бампере крепится специальная полоска из проводящей ток резины (ремешок). Кроме того, при долгих поездках в личном автотранспорте обязательна проработка вопроса недопустимости скапливания зарядов из-за перемены положения тела относительно сидения. В результате возникающего при этом трения о чехлы их накапливается иногда достаточное количество, что нередко приводит к ощутимому и неприятному электрическому разряду. Поэтому следует периодически увлажнять сидения, опрыскивая их специальным компактным пульверизатором.
Меры и средства личной защиты
Электростатическая защита – необходимая мера, без которой в современной жизни обойтись практически невозможно. Для этого разработан целый ряд эффективных и действенных методов, воспользовавшись которыми удается снизить опасность воздействия статики. Прежде всего это правильный выбор одежды для повседневной носки, которая изготавливается на основе натуральных тканей типа хлопка, льна и подобных им волокон несинтетического происхождения. При невозможности сделать это придется воспользоваться современными средствами снятия электростатики, разработанными специально для этих целей.
Самый простой способ защиты от электрических явлений при ношении одежды – использование антистатических составов, снимающих заряд с поверхности тканого материала.
Большое распространение получили особые стиральные порошки, в составе которых имеются специальные добавки, нейтрализующие действие электростатического эффекта.
Избавиться от статического электричества поможет грамотный подход к выбору носимой ежедневно обуви, что не менее важно, чем правильный подбор ткани для одежды. Для объяснения особенностей защиты человека со стороны ног потребуется вспомнить, что свободным зарядам, всегда имеющимся в земле, проще скапливаться на резиновых поверхностях. Если выбрать для постоянной носки обувь с подошвой на основе кожи, причин для образования электростатики со стороны земли станет меньше.
На всех предприятиях, сотрудники которых заняты производством высокоточных и дорогостоящих электроприборов и комплектующих к ним, выдают специальную обувь. С ее помощью удается обезопасить современные микрочипы и другие электронные детали от случайного пробоя статическим электричеством.
Из практики известно, что вода и влажная среда являются проводником электрических зарядов, благодаря чему на увлажненных поверхностях они обычно не скапливаются. Указанная процедура проводится путем нанесения на кожу рук и тела специальных растворов и лосьонов. Лучше всего делать это непосредственно перед одеванием, а затем увлажнять открытые части тела в течение всего рабочего дня. При скапливании большого количества зарядов на носимой дома одежде рекомендуется замачивать ее на короткое время, а затем тщательно просушивать на открытом воздухе.
Статическое электричество само по себе – опасное для человека природное проявление, способное привести к ряду нежелательных последствий и даже тяжелой болезни. Поэтому борьбе с ним уделяется повышенное внимание не только в промышленных масштабах, но и в бытовых условиях.