Elettricità statica: cos'è, come viene generata e i problemi ad essa associati

Cos'è l'elettricità statica

L'elettricità statica si verifica quando l'equilibrio intraatomico o intramolecolare viene disturbato a causa del guadagno o della perdita di un elettrone. Normalmente, un atomo è in equilibrio a causa dello stesso numero di particelle positive e negative: protoni ed elettroni. Gli elettroni possono facilmente spostarsi da un atomo all'altro. Allo stesso tempo, formano ioni positivi (dove non c'è un elettrone) o negativi (un singolo elettrone o un atomo con un elettrone in più). Quando si verifica questo squilibrio, viene generata elettricità statica.

Per maggiori dettagli vedi qui: Informazioni sull'elettricità statica nelle immagini

Carica elettrica su un elettrone — (-) pendente 1,6 x 10-19. Un protone con la stessa carica ha polarità positiva. La carica statica nei coulomb è direttamente proporzionale all'eccesso o alla carenza di elettroni, cioè il numero di ioni instabili.

Il ciondolo è l'unità di base della carica statica, che definisce la quantità di elettricità che passa attraverso la sezione trasversale di un filo in 1 secondo a 1 ampere.

Uno ione positivo non ha un elettrone, quindi può facilmente accettare un elettrone da una particella caricata negativamente. Uno ione negativo, a sua volta, può essere un singolo elettrone o un atomo/molecola con un gran numero di elettroni. In entrambi i casi, c'è un elettrone che può neutralizzare la carica positiva.

Come viene generata l'elettricità statica

Le principali cause dell'elettricità statica:

• Contatto tra due materiali e loro separazione l'uno dall'altro (compreso sfregamento, rotolamento/svolgimento, ecc.).

• Un rapido abbassamento della temperatura (ad esempio, quando il materiale viene posto nel forno).

• Radiazioni ad alta energia, radiazioni ultraviolette, raggi X, forti campi elettrici (non comuni nelle applicazioni industriali).

• Operazioni di taglio (ad es. su macchine da taglio o tagliacarte).

• Manuale (elettricità statica generata).

Il contatto superficiale e la separazione dei materiali sono probabilmente le cause più comuni di elettricità statica nell'industria delle pellicole in bobina e dei fogli di plastica. La carica statica viene generata durante lo svolgimento/riavvolgimento dei materiali o il movimento di diversi strati di materiali l'uno rispetto all'altro.

Questo processo non è del tutto chiaro, ma la spiegazione più vera per la comparsa di elettricità statica in questo caso può essere ottenuta per analogia con un condensatore piatto, in cui l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica quando le piastre vengono separate:

Sollecitazione risultante = sollecitazione iniziale x (distanza piastra finale / distanza piastra iniziale).

Quando il film sintetico tocca il rullo di alimentazione/riavvolgimento, una leggera carica che fluisce dal materiale al rullo provoca uno squilibrio.Quando il materiale supera l'area di contatto con l'albero, la tensione sale allo stesso modo come nel caso di le armature del condensatore al momento della loro separazione.

La pratica mostra che l'ampiezza della tensione risultante è limitata a causa della rottura elettrica che si verifica nello spazio tra materiali adiacenti, conducibilità superficiale e altri fattori. All'uscita della pellicola dall'area di contatto, spesso si sente un leggero crepitio o si osservano scintille. Questo avviene nel momento in cui la carica statica raggiunge un valore sufficiente ad abbattere l'aria circostante.

Prima del contatto con il rullo, il film sintetico è elettricamente neutro, ma durante il movimento e il contatto con le superfici di alimentazione, un flusso di elettroni viene indirizzato verso il film e lo carica di carica negativa. Se l'albero è in metallo e collegato a terra, la sua carica positiva si scaricherà rapidamente.

La maggior parte delle apparecchiature ha molti alberi, quindi la quantità di carica e la sua polarità possono cambiare frequentemente. Il modo migliore per controllare la carica statica è misurarla accuratamente nell'area proprio di fronte all'area problematica. Se la carica viene neutralizzata troppo presto, potrebbe riprendersi prima che la pellicola raggiunga quest'area problematica.

Se l'oggetto ha la capacità di immagazzinare una carica significativa e se è presente un'alta tensione, l'elettricità statica causerà seri problemi come arco elettrico, repulsione/attrazione elettrostatica o scosse elettriche al personale.

Carica la polarità

La carica statica può essere positiva o negativa.Per i limitatori di corrente continua (CA) e passivi (spazzole), la polarità della carica di solito non è importante.

Problemi di elettricità statica

Scarica statica in elettronica

È necessario prestare attenzione a questo problema, come spesso accade quando si lavora con blocchi elettronici e componenti utilizzati nei moderni dispositivi di controllo e misurazione.

Nell'elettronica, il pericolo principale associato all'elettricità statica proviene dalla persona che trasporta la carica e non deve essere ignorato. La corrente di scarica genera calore, che porta a connessioni interrotte, contatti interrotti e tracce di microcircuito interrotte. L'alta tensione distrugge anche il sottile film di ossido sui transistor ad effetto di campo e altri elementi rivestiti.

Spesso i componenti non si guastano completamente, il che può essere considerato ancora più pericoloso, poiché il malfunzionamento non si manifesta immediatamente, ma in un momento imprevedibile durante il funzionamento del dispositivo.

Come regola generale, quando si lavora con parti e dispositivi sensibili all'elettricità statica, è necessario adottare misure per neutralizzare la carica accumulata sul proprio corpo.

Attrazione/repulsione elettrostatica

Questo è forse il problema più comune nelle industrie della plastica, della carta, del tessile e affini. Si manifesta nel fatto che i materiali cambiano in modo indipendente il loro comportamento: si uniscono o, al contrario, si respingono, si attaccano all'attrezzatura, attirano polvere, vento irregolare sul dispositivo ricevente, ecc.

L'attrazione/repulsione avviene secondo la legge di Coulomb, che si basa sul principio del contrario del quadrato. Nella sua forma più semplice, è espresso come segue:

La forza di attrazione o repulsione (in Newton) = Carica (A) x Carica (B) / (Distanza tra gli oggetti 2 (in metri)).

Pertanto, l'intensità di questo effetto è direttamente correlata all'ampiezza della carica statica e alla distanza tra oggetti attraenti o repulsivi. Attrazione e repulsione avvengono nella direzione delle linee del campo elettrico.

Se due cariche hanno la stessa polarità, si respingono; se il contrario, si attraggono a vicenda. Se uno degli oggetti è carico, causerà un'attrazione, creando un'immagine speculare della carica sugli oggetti neutri.

Rischio di incendio

Il rischio incendio non è un problema comune a tutti i settori. Ma la probabilità di incendio è molto alta nella stampa e in altre attività che utilizzano solventi infiammabili.

Nelle aree pericolose, le fonti di ignizione più comuni sono le apparecchiature senza messa a terra e i cavi in ​​movimento. Se un operatore in un'area pericolosa indossa scarpe sportive o scarpe con suole non conduttive, c'è il rischio che il suo corpo generi una carica che può incendiare i solventi. Anche le parti conduttive della macchina non messe a terra sono pericolose. Tutto nella zona di pericolo deve essere adeguatamente messo a terra.

Le seguenti informazioni forniscono una breve spiegazione del potenziale di accensione dell'elettricità statica in ambienti infiammabili. È importante che i commercianti inesperti siano a conoscenza in anticipo dei tipi di apparecchiature al fine di evitare errori nella selezione dei dispositivi da utilizzare in tali condizioni.

La capacità di una scarica di provocare un incendio dipende da molte variabili:

• tipo di smaltimento;

• potenza di scarica;

• sorgente di scarico;

• scaricare energia;

• la presenza di un ambiente infiammabile (solventi in fase gassosa, polvere o liquidi infiammabili);

• energia minima di accensione (MEW) di un mezzo infiammabile.

Tipi di scarico

Esistono tre tipi principali: pennelli scintilla, pennello e diapositiva. In questo caso la scarica coronarica non viene presa in considerazione, poiché è poco energica e avviene abbastanza lentamente. La scarica a corona è generalmente innocua e dovrebbe essere presa in considerazione solo in aree ad alto rischio di incendio ed esplosione.

Un sincero congedo

Proviene principalmente da un oggetto moderatamente conduttivo ed elettricamente isolato. Può essere un corpo umano, una parte di una macchina o uno strumento. Si presume che tutta l'energia della carica sia dissipata al momento della scintilla. Se l'energia è superiore al MEW del vapore del solvente, può verificarsi l'accensione.

L'energia della scintilla si calcola come segue: E (in Joule) = ½ C U2.

Scarico dalle mani

La scarica a pennello si verifica quando pezzi taglienti di apparecchiature concentrano la carica sulle superfici di materiali dielettrici le cui proprietà isolanti ne provocano l'accumulo. Una scarica a pennello ha un'energia inferiore rispetto a una scarica a scintilla e quindi presenta meno rischi di accensione.

Stendere con un pennello scorrevole

La spruzzatura a pennello scorrevole avviene su fogli o rotoli di materiali sintetici ad alta resistività con maggiore densità di carica e diverse polarità di carica su ciascun lato del nastro. Questo fenomeno può essere causato dallo sfregamento o dalla spruzzatura della verniciatura a polvere. L'effetto è paragonabile alla scarica di un condensatore piatto e può essere altrettanto pericoloso di una scarica di scintille.

Fonte di forza ed energia

La dimensione e la geometria della distribuzione della carica sono fattori importanti. Più grande è il volume del corpo, più energia contiene. Gli spigoli vivi aumentano l'intensità del campo e sostengono le scariche.

Potenza di scarica

Se un oggetto con energia non si comporta bene elettricitàad esempio un corpo umano, la resistenza dell'oggetto indebolirà l'espulsione e ridurrà il pericolo. Per il corpo umano esiste una regola di base: assumere che tutti i solventi con un'energia di accensione minima interna inferiore a 100 mJ possano accendersi, nonostante il fatto che l'energia contenuta nel corpo possa essere da 2 a 3 volte superiore.

Energia minima di accensione MEW

L'energia minima di accensione dei solventi e la loro concentrazione nell'area pericolosa sono fattori molto importanti. Se l'energia minima di accensione è inferiore all'energia di scarica, sussiste il rischio di incendio.

Elettro-shock

Sempre più attenzione viene prestata alla questione del rischio di shock statico in un'impresa industriale. Ciò è dovuto a un aumento significativo dei requisiti di salute e sicurezza sul lavoro.

Una scossa elettrica causata dall'elettricità statica non è generalmente particolarmente pericolosa. È solo spiacevole e spesso provoca gravi reazioni.

Ci sono due cause comuni di shock statico:

Carica indotta

Se una persona si trova in un campo elettrico e tiene in mano un oggetto carico, come una bobina di pellicola, è possibile che il suo corpo si carichi.

La carica rimane nel corpo dell'operatore se indossa scarpe con suola isolante fino a quando non tocca l'apparecchiatura messa a terra. La carica scende a terra e colpisce la persona. Ciò accade anche quando l'operatore tocca oggetti o materiali carichi: a causa delle scarpe isolanti, la carica si accumula nel corpo. Quando l'operatore tocca le parti metalliche dell'apparecchiatura, la carica può scaricarsi e provocare una scossa elettrica.

Quando le persone camminano su tappeti sintetici, l'elettricità statica viene generata dal contatto tra il tappeto e le scarpe. Le scosse elettriche che i conducenti subiscono quando escono dall'auto sono innescate da una carica accumulata tra il sedile e i vestiti quando si alzano. La soluzione a questo problema è toccare una parte metallica dell'auto, come il telaio di una portiera, prima di sollevarla dal sedile. Ciò consente alla carica di defluire in modo sicuro a terra attraverso la carrozzeria e i pneumatici del veicolo.

Scossa elettrica indotta dall'apparecchiatura

Una tale scossa elettrica è possibile, sebbene si verifichi molto meno spesso del danno provocato dal materiale.

Se la bobina di avvolgimento ha una carica importante, accade che le dita dell'operatore concentrino la carica a tal punto che questa raggiunge il punto di rottura e si verifica una scarica. Inoltre, se un oggetto metallico senza messa a terra si trova in un campo elettrico, può caricarsi di una carica indotta. Poiché un oggetto metallico è conduttivo, la carica mobile si scaricherà nella persona che tocca l'oggetto.