Was passiert, wenn Körper mit statischer Elektrizität aufgeladen werden? Statische Elektrizität und Schutz davor. Ursachen und Entstehungsquellen
Statische Spannung entsteht, wenn das intraatomare oder intramolekulare Gleichgewicht durch die Aufnahme oder den Verlust eines Elektrons gestört wird. Typischerweise befindet sich ein Atom aufgrund einer ähnlichen Anzahl positiver und negativer Teilchen – Protonen und Elektronen – in einem ausgeglichenen Zustand. Elektronen können einfach von einem Atom zum anderen wandern. Gleichzeitig bilden sie positive (wo kein Elektron vorhanden ist) oder negative (einzelnes Elektron oder ein Atom mit einem zusätzlichen Elektron) Ionen. Wenn ein solches Ungleichgewicht auftritt, entsteht statische Spannung.
Die elektronische Ladung eines Elektrons beträgt (-) 1,6 x 10-19 Coulomb. Ein Proton mit gleicher Ladung hat positive Polarität. Die statische Ladung in Coulomb ist direkt proportional zum Überschuss oder Mangel an Elektronen, d. h. Anzahl unausgeglichener Ionen. Ein Coulomb ist eine Grundeinheit der statischen Ladung, die die Strommenge bestimmt, die bei einem Strom von 1 Ampere in einer Sekunde durch den Querschnitt eines Leiters fließt.
Einem positiven Ion fehlt ein Elektron, sodass es einfach ein Elektron von einem negativ geladenen Teilchen aufnehmen kann. Ein negatives Ion wiederum kann entweder ein einzelnes Elektron oder ein Atom/Molekül mit einer großen Anzahl von Elektronen sein. In beiden Fällen gibt es ein Elektron, das die positive Ladung neutralisieren kann.
Wie entsteht statische Spannung?
Die Hauptvoraussetzungen für das Auftreten statischer Spannungen:
1. Kontakt zwischen zwei Materialien und deren Trennung voneinander (einschließlich Reibung, Auf-/Abwickeln usw.).
2. Schnelle Temperaturänderung (z. B. wenn das Material in den Ofen gestellt wird).
3. Strahlung mit höchsten Energiewerten, UV-Strahlung, Röntgenstrahlung, Röntgenstrahlen, starke elektronische Felder (ungewöhnlich für die industrielle Produktion).
4. Schneidarbeiten (zum Beispiel an Schneidemaschinen oder Papierschneidemaschinen).
5. Induktion (Auftreten eines elektronischen Feldes, das durch statische Aufladung verursacht wird).
Oberflächenkontakt und Materialtrennung können die häufigsten Ursachen für statische Spannung bei der Verarbeitung von Rollfilmen und Kunststoffplatten sein. Beim Ab-/Aufwickeln von Materialien oder beim Bewegen verschiedener Materialschichten relativ zueinander entsteht eine statische Aufladung. Dieser Vorgang ist nicht vollständig geklärt, aber eine wahrheitsgetreuere Erklärung für das Auftreten statischer Spannung in diesem Fall kann durch eine Analogie zu einem Parallelplattenkondensator erhalten werden, bei dem mechanische Energie in elektronische Energie umgewandelt wird, wenn sich die Platten trennen:
Resultierende Spannung = Anfangsspannung x (Endabstand zwischen den Platten/Anfangsabstand zwischen den Platten).
Wenn die Kunststofffolie die Vorschub-/Aufnahmewelle berührt, verursacht die geringe Ladung, die vom Material zur Welle fließt, ein Ungleichgewicht. Wenn das Material die Kontaktzone mit der Welle passiert, erhöht sich die Spannung auf die gleiche Weise wie bei Kondensatorplatten im Moment ihrer Trennung.
Die Praxis zeigt, dass die Amplitude der resultierenden Spannung aufgrund von elektronischen Durchschlägen im Spalt zwischen benachbarten Materialien, Oberflächenleitfähigkeit und anderen Gründen begrenzt ist. Wenn die Folie die Kontaktzone verlässt, ist häufig ein leises Knistern zu hören oder eine Funkenbildung zu beobachten. Dies geschieht in dem Moment, in dem die statische Aufladung einen Wert erreicht, der ausreicht, um die Umgebungsluft zu zerstören. Vor dem Kontakt mit der Welle ist der Kunststofffilm elektrisch neutral, während der Bewegung und dem Kontakt mit den Zuführflächen wird jedoch ein Elektronenfluss auf den Film gerichtet und lädt ihn mit einer negativen Ladung auf. Wenn die Welle aus Eisen besteht und geerdet ist, entlädt sich ihre positive Ladung schnell.
Die meisten Geräte verfügen über viele Wellen, sodass sich Ladungsmenge und Polarität häufig ändern können. Die beste Methode zur Kontrolle statischer Aufladung besteht darin, diese im Bereich direkt vor dem Problembereich deutlich zu erkennen. Wenn die Ladung sehr früh neutralisiert wird, kann sie sich erholen, bevor der Film diesen Problembereich erreicht.
Theoretisch kann das Auftreten einer statischen Ladung durch einen gewöhnlichen elektronischen Schaltkreis veranschaulicht werden: C – fungiert als Kondensator, der Ladung speichert, wie eine Batterie. Dies ist normalerweise die Oberfläche eines Materials oder Produkts.
R – Widerstand, der die Ladung des Materials/Mechanismus schwächen kann (normalerweise bei schwacher Stromzirkulation). Handelt es sich bei dem Material um einen Leiter, fließt die Ladung zur Erde und verursacht keine Probleme. Handelt es sich bei dem Material um einen Isolator, kann die Ladung nicht abfließen und es treten Schwierigkeiten auf. Eine Funkenentladung tritt in diesem Fall auf, wenn die Spannung der angesammelten Ladung einen maximalen Schwellenwert erreicht.
Unter Strombelastung versteht man die Ladung, die beispielsweise bei der Bewegung der Folie entlang der Welle entsteht. Der Ladestrom lädt den Kondensator (Objekt) auf und erhöht seine Spannung U. Während die Spannung ansteigt, fließt Strom durch den Widerstand R. Das Gleichgewicht wird in dem Moment erreicht, in dem der Ladestrom gleich dem Strom wird, der durch den geschlossenen Stromkreis des zirkuliert Widerstand. (Ohmsches Gesetz: U = I x R).
Wenn das Objekt die Fähigkeit besitzt, eine beträchtliche Ladung anzusammeln, und wenn Hochspannung vorhanden ist, führt statische Spannung zum Auftreten schwerwiegender Probleme wie Funkenbildung, elektrostatische Abstoßung/Anziehung oder Stromschlag für das Personal.
Ladungspolarität
Statische Aufladung kann entweder positiv oder negativ sein. Bei Konstantstrom- (AC) und passiven (Bürsten-)Ableitern ist die Ladungspolarität normalerweise nicht wichtig.
Schwierigkeiten im Zusammenhang mit statischer Spannung
Es gibt 4 Hauptbereiche:
Statische Entladung in der Elektronik
Sie müssen diesem Problem Aufmerksamkeit schenken, denn... Es tritt häufig beim Umgang mit elektrischen Blöcken und Komponenten auf, die in modernen Steuer- und Messgeräten verwendet werden.
In der Elektronik geht die mit statischer Aufladung verbundene Hauptgefahr von der Person aus, die die Ladung trägt, und kann nicht ignoriert werden. Der Entladestrom erzeugt Wärme, die zur Zerstörung von Verbindungen, zur Unterbrechung von Kontakten und zum Bruch von Mikroschaltungsbahnen führt. Hochspannung zerstört auch die dünne Oxidschicht auf Feldeffekttransistoren und anderen beschichteten Elementen.
Oftmals fallen Komponenten nicht vollständig aus, was als noch unsicherer angesehen werden kann, weil... Die Störung tritt nicht sofort auf, sondern zu einem unvorhersehbaren Zeitpunkt während der Nutzung des Geräts.
Als allgemeine Faustregel gilt: Bei der Arbeit mit statisch empfindlichen Teilen und Geräten sollten stets konstruktive Maßnahmen ergriffen werden, um die auf dem menschlichen Körper angesammelte Ladung zu neutralisieren. Detaillierte Informationen zu diesem Thema finden Sie in den Euro-Standarddokumenten CECC 00015.
Elektrostatische Anziehung/Abstoßung
Hierbei handelt es sich möglicherweise um ein weiter verbreitetes Problem, das in Unternehmen auftritt, die mit der Herstellung und Verarbeitung von Kunststoffen, Papier, Textilien und verwandten Industrien zu tun haben. Es äußert sich darin, dass Materialien ohne fremde Hilfe ihr Verhalten ändern – sie kleben zusammen oder stoßen sich im Gegenteil ab, haften an Geräten, ziehen Staub an, wickeln sich falsch um das Empfangsgerät usw.
Anziehung/Abstoßung erfolgt nach dem Coulombschen Gesetz, das auf dem Prinzip der quadratischen Opposition basiert. In seiner üblichen Form wird es wie folgt ausgedrückt:
Anziehungs- oder Abstoßungskraft (in Newton) = Ladung (A) x Ladung (B) / (Abstand zwischen Objekten 2 (in Metern)).
Wie folgt, hängt die Intensität dieses Effekts direkt von der Amplitude der statischen Ladung und dem Abstand zwischen anziehenden oder abstoßenden Objekten ab. Anziehung und Abstoßung erfolgen in Richtung der Elektronenfeldlinien.
Wenn zwei Ladungen eine ähnliche Polarität haben, stoßen sie sich ab, wenn sie entgegengesetzt sind, ziehen sie sich an. Wenn eines der Objekte aufgeladen ist, stimuliert es die Anziehung und erzeugt eine Spiegelkopie der Ladung auf den neutralen Objekten.
Brandgefahr
Die Brandgefahr ist nicht in allen Branchen ein Problem. In Druckereien und anderen Betrieben, in denen brennbare Lösungsmittel verwendet werden, ist die Brandgefahr jedoch sehr hoch.
In unsicheren Bereichen sind nicht geerdete Geräte und sich bewegende Leiter häufigere Brandquellen. Wenn der Bediener in einem unsicheren Bereich Sportschuhe oder nicht leitende Schuhe trägt, besteht die Gefahr, dass sein Körper eine Ladung erzeugt, die zur Entzündung von Lösungsmitteln führen kann. Auch nicht geerdete leitfähige Maschinenteile stellen eine Gefahr dar. Alles, was sich in einem unsicheren Bereich befindet, muss perfekt geerdet sein.
Die folgenden Informationen geben eine kurze Erläuterung der Fähigkeit statischer Entladungen, in brennbaren Umgebungen einen Brand auszulösen. Es ist wichtig, dass sich unerfahrene Händler vorab mit den Gerätetypen vertraut machen, um Fehler bei der Auswahl der Geräte für den Einsatz unter solchen Bedingungen zu vermeiden.
Die Fähigkeit einer Entladung, einen Brand auszulösen, hängt von vielen Variablen ab:
— Art der Entladung;
— Entladeleistung;
— Entladungsquelle;
— Entladungsenergie;
— das Vorhandensein einer brennbaren Umgebung (Lösungsmittel in der Gasphase, Staub oder brennbare Flüssigkeiten);
— niedrige Zündenergie (MEI) einer brennbaren Umgebung.
Arten der Entladung
Es gibt drei Haupttypen: Funken-, Büschel- und Gleitbüschelentladungen. Koronaentladung wird in diesem Fall nicht berücksichtigt, weil es ist energiearm und erfolgt eher langsam. Die Koronaentladung ist in den meisten Fällen sicher; sie sollte nur in Bereichen mit sehr hoher Brand- und Explosionsgefahr in Betracht gezogen werden.
Funkenentladung
Im Grunde stammt es von einem gleichmäßig leitenden, elektrisch isolierten Objekt. Es kann sich um einen menschlichen Körper, ein Maschinenteil oder ein Werkzeug handeln. Es versteht sich, dass im Moment der Funkenbildung die gesamte Energie der Ladung verloren geht. Wenn die Energie höher als das MEV des Lösungsmitteldampfes ist, kann es zu einer Entzündung kommen.
Die Funkenenergie wird wie folgt berechnet: E (in Joule) = ½ C U2.
Ausfluss aus dem Handgelenk
Eine Bürstenentladung tritt auf, wenn scharfe Teile von Geräten Ladung auf den Oberflächen dielektrischer Materialien konzentrieren, deren isolierende Eigenschaften zu einer Ladungsansammlung führen. Eine Büschelentladung hat im Vergleich zu einer Funkenentladung eine geringere Energie und birgt dementsprechend die geringste Zündgefahr.
Gleitender Bürstenauswurf
Eine Gleitbürstenentladung tritt auf synthetischen Folien- oder Rollenmaterialien mit dem höchsten spezifischen Widerstand auf, die eine erhöhte Ladungsdichte und eine unterschiedliche Polarität der Ladungen auf jeder Seite der Folie aufweisen. Dieses Phänomen kann durch Reibung oder Spritzen der Pulverbeschichtung verursacht werden. Der Effekt ist vergleichbar mit der Entladung eines Parallelplattenkondensators und kann genauso gefährlich sein wie eine Funkenentladung.
Entladungsquelle und Energie
Die Größe und Geometrie der Ladungsverteilung sind notwendige Faktoren. Je größer das Volumen eines Körpers, desto mehr Energie enthält er. Spitze Winkel erhöhen die Feldstärke und unterstützen Entladungen.
Entladeleistung
Wenn ein energiehaltiges Objekt den Elektronenstrom nicht gut leitet, wie beispielsweise der menschliche Körper, schwächt der Widerstand des Objekts die Entladung und verringert die Gefahr. Für den menschlichen Körper gibt es eine Faustregel: Gehen Sie davon aus, dass sich alle Lösungsmittel mit einer inneren geringen Zündenergie von weniger als 100 mJ entzünden können, obwohl die im Körper enthaltene Energie zwei- bis dreimal höher sein kann.
Niedrige Zündenergie MEV
Die geringe Zündenergie von Lösungsmitteln und ihre Konzentration im unsicheren Bereich sind sehr notwendige Faktoren. Ist die geringe Zündenergie geringer als die Entladungsenergie, besteht Brandgefahr. Stromschlag
Das Problem des Risikos statischer Aufladungen erhält bei den Kriterien für Industrieanlagen immer mehr Aufmerksamkeit. Grund dafür sind deutlich gestiegene Anforderungen an Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz.
Elektrische Schäden durch statische Spannung stellen grundsätzlich keine besondere Gefahr dar. Es ist einfach unangenehm und löst oft eine heftige Reaktion aus.
Es gibt zwei allgemeine Ursachen für einen statischen Schock:
Induzierte Ladung
Befindet sich eine Person in einem elektronischen Feld und hält einen geladenen Gegenstand, beispielsweise eine Filmspule, fest, ist es möglich, dass sich ihr Körper auflädt.
Die Ladung verbleibt im Körper des Bedieners, wenn er Schuhe mit isolierender Sohle trägt, bis er geerdete Geräte berührt. Die Ladung fließt zu Boden und trifft eine Person. Dies geschieht auch, wenn der Bediener geladene Gegenstände oder Materialien berührt – durch isolierende Schuhe staut sich die Ladung im Körper. Wenn der Bediener Eisenteile des Geräts berührt, kann die Ladung entladen werden und einen Stromschlag verursachen.
Wenn sich Menschen auf synthetischen Teppichen bewegen, entsteht beim Kontakt zwischen Teppich und Schuhen eine statische Aufladung. Die Stromschläge, die Autofahrer beim Verlassen ihres Autos erleiden, werden durch eine Ladung hervorgerufen, die beim Aufstehen zwischen dem Sitz und ihrer Kleidung entsteht. Die Lösung für dieses Problem besteht darin, vor dem Aufstehen vom Sitz ein Metallteil des Autos zu berühren, beispielsweise den Rahmen einer Tür. Dadurch kann die Ladung durch die Fahrzeugkarosserie und die Reifen schadlos zum Boden fließen.
Durch Geräte verursachte elektrische Schäden
Ein solcher Stromschlag ist möglich, kommt aber deutlich seltener vor als Schäden durch das Material.
Wenn die Aufwickelspule stark aufgeladen ist, kommt es vor, dass die Finger des Bedieners die Ladung so stark konzentrieren, dass sie den Punkt des Durchschlags erreicht und es zu einer Entladung kommt. Wenn sich ein ungeerdeter Eisengegenstand in einem elektronischen Feld befindet, kann er außerdem durch eine induzierte Ladung aufgeladen werden. Da der Eisengegenstand leitend ist, entlädt sich die bewegte Ladung auf eine Person, die den Gegenstand berührt.
Die gefährlichste Form elektromagnetischer Interferenz (EMI). Der menschliche Körper kann eine elektrostatische Ladung von bis zu 25.000 V ansammeln. Diese Ladung kann über einen elektrisch geerdeten Gegenstand oder ein elektrisch geerdetes Gerät sehr schnell entladen werden. Das Anlegen eines Spannungsimpulses mit einer Amplitude von 25.000 V an ein elektronisches Gerät kann dieses möglicherweise beschädigen.
Elektrostatische Entladung erkennen und verhindern
Statische Elektrizität kann über die digitalen Komponenten des Computers abgeleitet werden. Elektronische Geräte, die beim Entwurf digitaler Geräte verwendet werden, sind besonders anfällig für Schäden durch elektrostatische Entladung. Tatsächlich ist elektrostatische Entladung die gefährlichste Form eines Stromschlags für digitale Geräte.
Die häufigsten Ursachen für elektrostatische Entladungen sind:
- Geringe Luftfeuchtigkeit (hohe Temperatur und trockene Umgebungsbedingungen)
- Falsche Erdung
- Ungeschirmte Kabel
- Schlechte Verbindungsqualität
- Bewegliche mechanische Teile
Schullehrer demonstrieren das Prinzip der Erzeugung einer statischen Aufladung, indem sie verschiedene Materialien aneinander reiben. Wenn sich Menschen bewegen, reiben Kleidungsstücke aneinander und können zu einer erheblichen elektrostatischen Aufladung des Körpers führen. Beim Betreten von Teppichen kann eine Aufladung von über 1000 Volt entstehen. Auch Motoren in Elektrogeräten wie Staubsaugern und Kühlschränken erzeugen hohe elektrostatische Aufladungen.
Elektrostatische Entladungen treten am wahrscheinlichsten in Umgebungen mit niedriger Luftfeuchtigkeit auf. Wenn die relative Luftfeuchtigkeit unter 50 % sinkt, kann es sehr leicht zu statischer Aufladung kommen. Im Allgemeinen tritt ESD nicht auf, wenn die Luftfeuchtigkeit über 50 % liegt. Sobald die Ladung einen Wert von annähernd 10.000 V erreicht, ist die Wahrscheinlichkeit einer Entladung durch geerdete Metallteile sehr hoch.
Obwohl elektrostatische Entladungen keine Auswirkungen auf den Menschen haben, können sie bestimmte elektronische Geräte zerstören. Ein Hochspannungsimpuls kann die Eingangskreise vieler Mikroschaltungen durchbrennen. Manchmal treten solche Schäden nicht sofort auf. Diese können sich im Laufe der Zeit ansammeln und schließlich zu einem Geräteausfall führen. Elektronische Logikbausteine auf Basis von MOS-Strukturen reagieren besonders empfindlich auf elektrostatische Entladungen.
Hohe Spannung, geringe Gefahr für Personen
Der Leser wird sich vielleicht etwas wundern, dass eine im Monitor anliegende Spannung von 25.000 V eine Lebensgefahr für den Menschen darstellt, während eine elektrostatische Aufladung von 10.000 V bzw. 25.000 V keine solche Gefahr darstellt. Der Grund dafür ist die Stromstärke, die diese Spannungsquelle erzeugt. Beispielsweise können die Monitor- und Stromversorgungskreise einen Strom von mehreren Ampere erzeugen, während eine elektrostatische Entladung einen Strom von maximal einem Tausendstel Ampere erzeugt. Daher ist 1 A Wechselstrom, der von einer 120-V-Stromversorgung erzeugt wird, tödlich, ein Mikroampere Strom, der von einer 25.000-V-ESD erzeugt wird, jedoch nicht.
Jeder von uns kennt elektrostatische Elektrizität. Ein typisches Beispiel für einen ArtikelBeim Ausziehen der Kleidung in einem dunklen Raum entsteht statische Elektrizität. In solchen Fällen kann es sogar zu einem Phänomen kommen, das einem kleinen Blitzschlag ähnelt. Statische Elektrizität ist im Alltag weit verbreitet. Liegt beispielsweise ein Wollteppich auf dem Boden, kann der menschliche Körper beim Reiben daran eine negative elektrische Ladung erhalten, der Teppich erhält eine positive Ladung. Ein weiteres Beispiel ist die Elektrifizierung eines Kunststoffkamms, der nach dem Kämmen eine Minusladung und das Haar eine Plusladung erhält. Die negative Ladung wird oft in Plastiktüten und Styroporschaum gespeichert. Heute sprechen wir über die gesundheitlichen Risiken, die elektrostatische Elektrizität mit sich bringen kann, und darüber, wie man sie mit einfachen Mitteln vermeiden kann. Es ist lustig, aber die Menschen haben gelernt, Gebäude, Industrieanlagen, Haushaltsgeräte und sogar ein spezielles Aerosol vor den schädlichen Auswirkungen statischer Elektrizität zu schützennichts klebt an der Kleidung (antistatisch). Wir haben uns um alles außer unserer Gesundheit gekümmert.
Eine kleine Theorie.
Woher kommt elektrostatische Elektrizität? Die Ursache des Phänomens ist die Reibung oder der Kontakt zweier unterschiedlicher dielektrischer Substanzen. Dabei entziehen Atome eines Stoffes einem anderen Elektronen. Zwischen zwei Körpern entsteht ein Potentialunterschied. Nachdem die Körper getrennt wurden, behält jeder seine Ladung und seinen Potentialunterschied.
Elektrostatische Aufladungen entstehen vor allem beim Trennen unterschiedlicher Materialien. Zum Beispiel beim Abziehen von Folien, beim Mischen nicht leitender Flüssigkeiten oder beim Begehen von Böden mit einer isolierenden Beschichtung wie PVC, Teppich oder Laminat. Elektrostatische Felder können mit den Sinnen nicht bewusst wahrgenommen werden. Was wir spüren können, ist entweder ein starkes elektrisches Feld oder ein elektrischer Entladungsimpuls. In diesem Fall ist sie jedoch betragsmäßig nicht größer als die elektrostatische Aufladung.
Mann-Generator.
Die Fähigkeit, positive Ladungen anzusammeln, ist für alle Teile des menschlichen Körpers charakteristisch, angefangen bei Haut und Haaren. Bei jedem Kontakt mit dem Polymer kann es zu einer statischen Aufladung kommen.Am häufigsten entsteht es durch Reibung; Sie führen täglich Millionen von Körperbewegungen aus, weshalb Sie ein hervorragender Erzeuger statischer Elektrizität sind. Und je mehr synthetische Dinge Sie tragen, desto größere helle „Taschenblitze“ können Sie werfen.
Triboelektrische Ladung.
Beispiele hierfür sind die grundlegendsten Dinge: Gehen ist eine der größten Quellen triboelektrischer Ladung. Beim Gehen kommt die Schuhsohle mit dem Bodenbelag in Kontakt und löst sich anschließend. In diesem Fall wird diese Aktion wiederholt ausgeführt. Der menschliche Körper ist ein guter Leiter, der es ihm ermöglicht, Ladungen, die bei der Trennung zweier Materialien entstehen, zu leiten und zu speichern. Ein weiteres Beispiel sind Förderbänder, Antriebsriemen und andere bewegliche Teile von Mechanismen und Maschinen, die zu einer Quelle triboelektrischer Ladung werden.
Die erzeugte Ladungsmenge hängt von der Art der Materialien, der Umgebung und der Trennungsgeschwindigkeit der Materialien ab. Materialien wie Kunststoffe erzeugen statische Elektrizität um ein Vielfaches stärker als leitfähige Materialien. Ein gutes Beispiel ist ein Isoliermaterial wie Klebeband aus Kunststoff. Bitte beachten Sie, dass das Kunststoffband immer dann verschmutzt, wenn es von der Rolle getrennt wird. Dies liegt daran, dass beim Trennen der Materialien eine statische Aufladung am Band entsteht. Ein Stück Papier kann mit einem aufgeladenen Klebeband angehoben werden.
Neue Materialien in unserer Umwelt.
Unsere entfernten Vorfahren führten ein hartes Leben. Sie lebten in Höhlen, waren in Tierhäute gehüllt und als sie auf die Jagd gingen, wussten sie nicht, ob sie etwas erbeuten würden. Es gab praktisch keine statische Elektrizität auf ihnen, da die Menschen in ständigem Kontakt mit dem Boden waren.
Mit der Zeit isolierte sich die Menschheit zunehmend vom Boden und begann, Kleidung und Schuhe zu tragen. Zwar wurden sie noch aus natürlichen Rohstoffen genäht. Und außerdem haben sich die Leute „geerdet“, wenn sie während des Regens nass wurden. Die Menschheit entwickelte sich jedoch weiter und erfand einen Regenschirm. Als nächstes kommt Gummi und dann synthetische Materialien.
Damit begann die Ära der statischen Elektrizität. Nichtleitende Kunststoffe und Gummi sind zu menschlicher Kleidung und Schuhen geworden. Sie wurden auch Teil von Wänden, Bodenbelägen und Möbeln.Kleidung aus diesen Materialien verhindert nicht nur, dass statische Elektrizität aus dem menschlichen Körper „abfließt“, sondern erzeugt bei jeder Bewegung eine zusätzliche Portion Strom. Dadurch wird der Mensch zu einem Generator.
Direkte negative Auswirkungen elektrostatischer Elektrizität auf die Gesundheit.
Statische Elektrizität erzeugt im Alltag keine starken Ladungen, kann aber zu gesundheitlichen Problemen führen. Eine längere Exposition gegenüber statischer Elektrizität birgt eine gewisse Gefahr für die menschliche Gesundheit, insbesondere für das Herz-Kreislauf- und Zentralnervensystem. Leider gibt es derzeit nur sehr wenige Untersuchungen zu den langfristigen Auswirkungen übermäßiger elektrostatischer Aufladung auf die Gesundheit Es ist nicht möglich, das Ausmaß des Schadens genau einzuschätzen. Aber auf jeden Fall ist es nicht kritisch.Derzeit wird das Problem der direkten Auswirkungen schwacher elektrischer Felder auf die menschliche Gesundheit intensiv untersucht.
Schlafstörungen.
Wenn eine Person schläft, äußert sich statische Elektrizität durch eine Reizung der Nervenenden auf der Haut. Der Gefäßtonus einer Person verändert sich, es werden systemische Veränderungen beobachtet, es können Abweichungen in der Funktion des Nervensystems auftreten, die Müdigkeit nimmt zu und Schlaf bringt keine Linderung.Alle synthetischen Produkte, einschließlich Kissen und Decken mit künstlicher Füllung, haben negative Eigenschaften: Sie werden elektrifiziert und mit Ladungen statischer Elektrizität gesättigt. In der Regel bestehen die Stoffe, aus denen Kissenbezüge mit synthetischer Füllung hergestellt werden, zu 100 % aus Polyester.
Eine erhöhte Elektrostatik kann die Gesundheit und das Wohlbefinden des Menschen beeinträchtigen. Dies macht sich besonders im Schlaf bemerkbar, wenn der Mensch möglichst ruhig und entspannt ist.Durch die Bewegung im Traum erzeugt ein Mensch Spannungen zwischen der Matratze, dem Bettzeug und der eigenen Kleidung. Dies ist an den charakteristischen Knister- und Klickgeräuschen elektrischer Entladungen zu erkennen. Der Ausfluss kann sehr empfindlich sein, sodass sich die Person nicht vollständig entspannen kann.
Entladung.
Wenn eine Person, deren Körper unter Strom steht, einen Metallgegenstand berührt, beispielsweise ein Heizungsrohr oder einen Kühlschrank, entlädt sich die angesammelte Ladung sofort und die Person erhält einen leichten Stromschlag.Elektrostatische Entladungen treten bei sehr hohen Temperaturen auf Stromspannung und extrem niedrig Strömungen . Selbst das bloße Kämmen der Haare an einem trockenen Tag kann zur Anhäufung einer statischen Aufladung mit einer Spannung von mehreren Zehntausend führen. Volt Allerdings wird der Strom seiner Veröffentlichung so gering sein, dass er oft nicht einmal spürbar ist.
Es sind die niedrigen Stromwerte, die verhindern, dass die statische Aufladung bei einer sofortigen Entladung einem Menschen Schaden zufügt. Ein unregelmäßiger elektrischer Funke kann ein Schmerzempfinden hervorrufen und daher zu gefährlichen Situationen führen, wie z. B. dem Herabfallen schwerer Gegenstände, dem Verschütten heißer oder brennbarer Flüssigkeiten oder Verletzungen durch unkontrollierte Bewegungen. Es kann auch zu Bränden kommen, wenn man elektrischen Funken brennbarer Reinigungsverbindungen und -lösungen ausgesetzt ist.
Grundsätzlich stellt eine Entladung statischer Elektrizität keine besondere Gefahr für den Menschen dar. Aber vergessen Sie nicht die möglichen Folgefolgen. Der Schock ist unangenehm und führt oft zu einer unwillkürlichen heftigen Reaktion und Muskelkontraktion. Manchmal kann diese Kontraktion zu Verletzungen führen – zum Beispiel beim Arbeiten mit Geräten.
Um uns herum gibt es eine Vielzahl von Elektrogeräten.
Jedes elektrische Gerät, sei es eine Küchenmaschine, ein Laptop, ein Computermonitor oder ein Staubsauger, trägt zwangsläufig eine elektrostatische Ladung, die sich bei Kontakt „freiwillig“ auf eine Person überträgt. Dieser „Übergang“ kann Schmerzen verursachen oder auch nicht, ist aber auf jeden Fall schädlich für den menschlichen Körper. Computer, Bürogeräte und alle Elektrogeräte erzeugen im Betrieb elektrostatische Felder, in deren Wirkungsbereich verschiedenste Gegenstände fallen – von Möbeln und Gehäusen dieser Elektrogeräte bis hin zu kleinsten Staubkörnchen. Jede Computersystemeinheit verfügt über mindestens 2 Lüfter. Durch die Bewegung der Luft blasen diese Ventilatoren elektrifizierte Staubpartikel aus, die sich dann, ohne ihre Ladung zu verlieren, auf unserer Haut und in den Atemwegen absetzen. Ein weiterer wichtiger „Speicher“ statischer Elektrizität sind Bildschirme und Fernseher.
Staub
Eine sehr ernste Gefahr für die Gesundheit und Elektrogeräte ist die Staubansammlung aufgrund der Ansammlung elektrostatischer Elektrizität. Staub kann große Mengen an Allergenen und Toxinen transportieren und ansammeln und die Atemwege ernsthaft reizen. Staub macht es außerdem schwierig, Räume sauber zu halten. Die meisten Kunststoffe können statische Aufladungen ansammeln und dadurch verschiedene Verunreinigungen anziehen, die zu verschiedenen Problemen im Haushalt und in der Industrie geführt haben.
Brandschutz
Natürlich ist es unwahrscheinlich, dass statische Elektrizität Gegenstände aus festen Materialien entzündet. Bei brennbaren Flüssigkeiten ist die Sache jedoch anders. Die Kraft des Funkens, der durch eine Entladung an synthetischer Kleidung oder Schuhen entsteht, reicht völlig aus, um eine Mischung aus Luftdampf und haushaltsüblichen brennbaren Flüssigkeiten wie Benzin, Kerosin und Lösungsmitteln zu entzünden. Es ist äußerst gefährlich, diese Flüssigkeiten in einem schlecht belüfteten, trockenen Bereich zu verwenden und dabei synthetische Kleidung und Schuhe mit Gummisohlen zu tragen.
Alle diese Faktoren erhöhen die Möglichkeit der Bildung statischer Aufladung. Auch rotierende Maschinenteile, die nicht geerdet sind, erzeugen statische Aufladung. Darüber hinaus können Flüssigkeiten selbst, die sich in einer isolierten Umgebung befinden, beispielsweise in einem Plastikkanister, leicht eine Ladung erzeugen. Sobald Sie versuchen, Kraftstoff aus einem nicht leitenden Kanister in eine geerdete Umgebung zu füllen, kommt es zu einer Entzündung. Aus diesem Grund fahren alle Tankwagen mit Metalltanks und einer hängenden Kette, die über den Asphalt gleitet.
Luftfeuchtigkeit.
Ein obligatorischer „Begleiter“ des statischen Feldes ist trockene Luft. Bei einer Luftfeuchtigkeit über 80 % kommt es daher fast nie zur Bildung solcher Felder Wasser ist ein ausgezeichneter Leiter und verhindert, dass sich überschüssige Elektrizität auf der Oberfläche von Materialien ansammelt. Seien Sie nicht faul, die Nassreinigung durchzuführen. Wenn Sie die Möbel mit einem trockenen Tuch abwischen, kehrt der Staub sofort zurück; wenn Sie die Möbel mit einem feuchten Tuch abwischen, bleibt Ihr Zuhause lange sauber. Durch die Nassreinigung wird die elektrische Ladung von der Oberfläche entfernt, sodass das Objekt zumindest für eine Weile kein Magnet mehr ist.
In gut isolierten Räumen mit Klima- und Heizgeräten ist die Luftfeuchtigkeit meist gering und der elektrostatische Effekt recht hoch. Notwendig: Installieren Sie einen Luftbefeuchter und öffnen Sie regelmäßig die Fenster zur Belüftung.
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Kleidung und Schuhe.
Unter normalen atmosphärischen Bedingungen nehmen Naturfasern (Baumwolle, Wolle, Seide und Viskose) Feuchtigkeit gut auf (hydrophil) und sind daher leicht elektrisch leitend. Wenn solche Fasern andere Materialien berühren oder daran reiben, treten auf ihren Oberflächen überschüssige elektrische Ladungen auf, allerdings nur für sehr kurze Zeit, da die Ladungen sofort durch die nassen Fasern des Stoffes zurückfließen, die verschiedene Ionen enthalten.
Im Gegensatz zu Naturfasern nehmen synthetische Fasern (Polyester, Acryl, Polypropylen) Feuchtigkeit nicht gut auf (hydrophob) und es gibt weniger mobile Ionen auf ihrer Oberfläche. Wenn synthetische Materialien miteinander in Kontakt kommen, werden sie mit entgegengesetzten Ladungen aufgeladen. Da diese Ladungen jedoch sehr langsam abfließen, haften die Materialien aneinander, was zu Unannehmlichkeiten und Unbehagen führt. Haare haben übrigens eine sehr ähnliche Struktur wie synthetische Fasern und sind außerdem hydrophob. Wenn sie also beispielsweise mit einem Kamm in Kontakt kommen, laden sie sich mit Elektrizität auf und beginnen, sich gegenseitig abzustoßen.
Eine einfache Möglichkeit, nicht mehr zu einer wandelnden Quelle statischer Elektrizität zu werden, besteht darin, Kleidung aus synthetischen Materialien abzulehnen bzw. einzuschränken. Eine Alternative sind Leinen, Baumwolle, Seide, Kaschmir, Wolle. Natürlich ist das kein Allheilmittel, aber der positive Effekt wird spürbar sein. In natürlichem Stoff, der Feuchtigkeit gut aufnimmt, sitzen „böse“ Elektronen ruhig und bauen keine räumlichen Strukturen in Form von elektrostatischen Feldern auf.
Sie können statische Elektrizität mit Metallgegenständen täuschen. Besonders anziehend für statische Elektrizität sind eine an der Innenseite einer Jacke befestigte Nadel, Metallbügel im Schrank und selbst Kleingeld in der Hosentasche. Während des Akkumulationsprozesses wird das elektrische Potenzial durch Metallgegenstände, die mit Ihrer Kleidung in Kontakt kommen, abgebaut. Fädeln Sie Ihre Kleidung durch den Metallfuß. Ziehen Sie unmittelbar vor dem Anziehen der Kleidung den Metallbügel durch die Innenseite der Kleidung. Das Metall entlädt die elektrische Ladung und entfernt sie vorsichtig. Sie können den gleichen Effekt erzielen, indem Sie einen beliebigen anderen Metallgegenstand durch Ihre Kleidung fädeln.
Jeder Schuh mit einer Sohle aus synthetischen Materialien ist ein elektrischer Potentialspeicher. Eine andere Sache sind völlig natürliche Schuhe, Schuhe und Stiefel. Natürlich ist dies nicht die günstigste und manchmal auch bequemste Option. Dennoch sollten solche Schuhe bevorzugt werden. Es profitiert nicht nur von der Möglichkeit der natürlichen „Erdung“, sondern ist auch hygienischer.
Erdung.
Die Erdung von Haushaltsgeräten ist obligatorisch, Sie müssen sich jedoch nicht darauf beschränken.Ein auf einen Schreibtisch gelegter Teppich leitet den Kontakt über die Unterarme oder Hände, auf dem Boden ausgelegt über die Füße, wenn er über die Sitzfläche eines Stuhls gelegt wird, über das Gesäß und, wenn er in ein Bett gelegt wird, über jeden Körperteil, der hineinkommt Kontakt damit. Die normale Freisetzung von Schweiß durch Kleidungsschichten, Unterwäsche, Socken oder lange Ärmel sorgt für unterschiedliche Grade der Leitfähigkeit.
Die Matten bestehen aus metallisierten Fasern und Leitern sowie einem Draht, der an eine Erdungssteckdose in der Wand oder an einen geerdeten Stab außerhalb des Raums angeschlossen ist. Versuchen Sie, nicht die derzeit modischen Nylonbezüge zu verwenden – eine solche Matte erhöht nur die Möglichkeit einer elektrostatischen Aufladung. In der fernen Sowjetzeit gab es bei der Herstellung von Feldeffekthalbleitern eine Methode zur Entfernung statischer Elektrizität durch Luftionisation.
Eine der wirksamsten Methoden zur Bekämpfung statischer Elektrizität ist die Erdung von Geräten, Behältern oder Industrieleitungen. Mit Hilfe einer solchen Erdung werden die auf der Oberfläche des Geräts erzeugten statischen Ladungen in den Boden abgeleitet („Drain“), wodurch verhindert wird, dass sie sich auf ein Niveau ansammeln, das einen Funken verursachen kann. Für eine höhere Zuverlässigkeit sind alle Erdungsleiter miteinander verbunden und ergeben so eine ideale Erdungskonstruktion.
Antistatische Materialien (Bodenbeläge, Farbzusätze usw.)
Um statische Elektrizität zu beseitigen, kann die Oberfläche von Kleidung oder anderen Gegenständen mit einer Substanz geschmiert werden, die Feuchtigkeit speichert und dadurch die Konzentration mobiler Ionen auf der Oberfläche erhöht. Nach einer solchen Behandlung verschwindet die entstehende elektrische Ladung schnell von der Oberfläche des Objekts bzw. verteilt sich darauf.
Die Hydrophilie einer Oberfläche kann durch Schmierung mit Tensiden erhöht werden, deren Moleküle Seifenmolekülen ähneln – ein Teil eines sehr langen Moleküls ist geladen, der andere nicht. Stoffe, die das Auftreten statischer Elektrizität verhindern, werden Antistatika genannt. Beispielsweise ist gewöhnlicher Kohlenstaub oder Ruß ein Antistatikmittel. Um statische Elektrizität loszuwerden, wird daher bei der Imprägnierung von Teppich- und Polstermaterialien sogenanntes Lampenruß verwendet. Für die gleichen Zwecke werden solchen Materialien bis zu 3 % Naturfasern und teilweise dünne Metallfäden zugesetzt.
Bei der Verwendung moderner Bau- und Ausbaumaterialien ist besondere Vorsicht geboten. Nehmen Sie zum Beispiel einen Teppich – er ist ein fertiger Generator statischer Elektrizität. Um zu verstehen, warum antistatische Böden benötigt werden, reicht es aus, die Probleme aufzulisten, zu denen die Ansammlung statischer elektrischer Ladung auf der Bodenoberfläche führt: Eine elektrifizierte Oberfläche hält Staub und Schmutz zurück, was die Reinigung erheblich erschwert; Ladungsansammlung beeinträchtigt den Betrieb elektronischer Systeme, insbesondere empfindlicher elektronischer Geräte, bis hin zu deren Ausfall; wirkt sich negativ auf die Gesundheit aus.
Der antistatische Zusatz sorgt für die Übertragung elektrischer Ladung auf die Luftfeuchtigkeit. Antistatische Farben und Lacke sammeln keinen Schmutz und Staub. Daher ist die Reinigung solcher Räume nicht schwierig. Die Schmutz- und Staubabweisungsfähigkeit von Farben und Lacken bleibt während der gesamten Betriebsdauer der behandelten Oberfläche erhalten.Der Anteil des zugesetzten Antistatikadditivs richtet sich nach dem Grad der gewünschten antistatischen Wirkung, in der Regel genügen 1-2 %. Ein Indikator für die Wirkung eines Antistatikmittels ist die Lade-(Entlade-)Entladezeit, also die Zeit, in der die Ladung gegenüber ihrem ursprünglichen Wert um die Hälfte abnimmt. Wenn ein Antistatikmittel in einer Menge von 2 % in eine 30 μm dicke LDPE-Folie eingebracht wird, beträgt die Entladezeit 0,01 Sekunden, d. h. eine sofortige Entladung.
Lehrbuch der Physik
Wissenschaft und Leben
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/
Unter statischer Elektrizität versteht man eine Reihe von Phänomenen, die mit dem Auftreten elektrischer Ladungen auf der Oberfläche von Dielektrika oder isolierten leitfähigen Körpern und ihren verschiedenen Erscheinungsformen verbunden sind. Der Entstehung statischer Elektrizität liegen sehr komplexe Prozesse zugrunde, die von vielen Faktoren abhängen. Derzeit gibt es keine einheitliche Theorie zur Erklärung der statischen Elektrifizierung, es gibt jedoch eine Reihe von Hypothesen. Gemeinsam ist ihnen die These, dass bei der Elektrifizierung eine doppelte elektrische Schicht entsteht, die als direkte Quelle statischer Aufladungen dient (L. Loeb, 1963).
Am weitesten verbreitet ist die Hypothese der Kontaktelektrisierung von Materie. Nach dieser Hypothese kommt es zu einer Elektrifizierung, wenn zwei verschiedene Substanzen aufgrund des Ungleichgewichts atomarer und molekularer Kräfte an der Kontaktoberfläche in Kontakt kommen. In diesem Fall kommt es zu einer Umverteilung der Elektronen oder Ionen des Stoffes und zur Bildung einer doppelten elektrischen Schicht (eine auf jeder Oberfläche) mit entgegengesetzten Vorzeichen. Eine solche Elektrifizierung wird beobachtet, wenn ein Metall mit einem Halbleiter oder Dielektrikum, Gummi und anderen Körpern in Kontakt kommt (J. Staroba, J. Shimorda, 1960). Die Größe der Kontaktpotentialdifferenz ist nicht gleich und hängt von den dielektrischen Eigenschaften der Kontaktflächen, dem Zustand der Oberfläche, dem Druck zwischen ihnen sowie von Luftfeuchtigkeit und Temperatur ab. Wenn Oberflächen getrennt werden, behält jede Oberfläche ihre Ladung.
Anderen Hypothesen zufolge wird die statische Aufladung durch Stoß- und Trennungseffekte verursacht; Oberflächenorientierung neutraler Moleküle, die elektrische Dipole enthalten; piezoelektrische Phänomene bei Reibung, die Bildung von Elektrolyten auf berührenden Oberflächen und andere Prozesse. Es wurde experimentell festgestellt, dass sich auf der Oberfläche berührender Materialien elektrische Ladungen ansammeln, deren Dielektrizitätskonstante unterschiedlich ist. Auf der Oberfläche eines Materials, dessen Dielektrizitätskonstante größer ist, sammeln sich positive Ladungen an. Ein ungeladener, elektrisch neutraler Körper bedeutet das gleichzeitige Vorhandensein zweier entgegengesetzter Ladungsarten in gleichen Mengen.
Das Auftreten elektrischer Ladungen auf Körpern geht mit dem Auftreten eines statischen elektrischen Feldes (SEF) einher, in dem sie miteinander interagieren. Eine negative Elektrifizierung, also ein Überschuss an Elektronen im Polymer, kann keine Elektronenmobilität in Molekülen und deren Umverteilung im Volumen bewirken. Durch überschüssige freie Elektronen können bei abnehmender Wechselwirkung positiv geladener Teilchen zusätzliche chemische Bindungen entstehen und verschiedene chemische Reaktionen ablaufen.
In den letzten Jahren haben synthetische Polymere im Alltag und in verschiedenen Technologiezweigen eine breite Anwendung gefunden. Dabei handelt es sich um Kleidung, Wäsche, Schuhe, Kunststoffbezüge, Latex- und Polyvinylchloridmatten, Polyethylengeschirr, Autokarosserien, Schiffe, Flugzeuge und verschiedene Geräte. Synthetische Polymere sind ein Dielektrikum, auf dessen Oberfläche sich elektrische Ladung ansammelt. Eine Person ist sich vielleicht nicht bewusst, dass elektrische Ladungen auf ihrem Körper verteilt sind, aber wenn sich viele Ladungen angesammelt haben, kann sie ihre Anwesenheit spüren, indem sie einen Metallgegenstand berührt, zum Beispiel einen Wasserhahn oder einen Dampfheizkörper. In diesem Fall verspürt die Person einen Stromschlag.
Die Elektrifizierung ist besonders stark, wenn Gummischuhe mit synthetischen Sohlen mit Gummiketten, Kunststoffbodenbelägen in Kontakt kommen und wenn Kleidung am Körper reibt (K. A. Rapoport, 1965). Bei verschiedenen Produktionsvorgängen oder beim Begehen eines Teppichs können auf der Oberfläche des menschlichen Körpers elektrische Ladungen von bis zu 10-15 kV entstehen. Einige Arten von Kleidung aus synthetischen Stoffen erzeugen auch große statische Aufladungen – etwa 3000–5000 V/cm.
In der Chemie-, Textil-, Druck- und vielen anderen Industrien, bei jedem technologischen Prozess, bei dem eine dynamische Wechselwirkung (Mischen, Sprühen, Bewegen durch Rohre, Zerkleinern, Trennen, mechanische Bearbeitung dielektrischer Materialien usw.) auf der Oberfläche der Ausrüstung und des Geräts stattfindet Das verarbeitete Material erzeugt elektrische Ladungen. Die entstehenden SEPs wirken sich negativ auf den Produktionsprozess und die Produktqualität aus.
Elektrische Ladungen bewirken eine gegenseitige Abstoßung gleich geladener Fäden und ein Zusammenkleben von Papierblättern und dielektrischer Folie. Bei der Herstellung, Verarbeitung, Verpackung und dem Transport synthetischer Materialien treten erhebliche Schwierigkeiten auf.
In manchen Fällen fließen Ladungen schnell in den Boden, lösen sich auf und neutralisieren sich, in anderen akkumulieren sie sich auf einzelnen Geräteelementen. Dabei entstehen elektrische Hochspannungszellen, die zu elektrischen Entladungen führen. In Explosionsindustrien, in denen brennbare und brennbare Flüssigkeiten, brennbare Gase und Stäube verwendet werden, können Funkenentladungen statischer Elektrizität Explosionen und Brände verursachen, die zu erheblichen Verlusten, Verletzungen oder Todesfällen führen.
Der Funkenentladungsmechanismus ähnelt den Phänomenen der atmosphärischen Elektrizität. Obwohl Entladungen statischer Elektrizität millionenfach weniger Energie besitzen als Blitze, können sie dennoch jedes brennbare Gemisch entzünden, das in Produktionsprozessen entsteht oder vorhanden ist.
Beim Einsatz brennbarer Medien besteht für den Menschen eine echte Entzündungsgefahr durch statische Entladungen. Bei ständigem Kontakt mit aufgeladenen Geräten oder Materialien sowie beim Begehen von Kunststoffböden baut sich der menschliche Körper als guter Leiter elektrostatische Ladungen auf. Der Potentialunterschied zwischen dem menschlichen Körper und umgebenden Objekten kann enorme Werte erreichen – Zehntausende Volt. Und sobald sich eine so elektrifizierte Person metallgeerdeten Strukturen nähert, kommt es zu einer Funkenentladung.
Bei einer durchschnittlichen menschlichen elektrischen Kapazität von 200 pF und einem Körperpotential gegenüber Erde von 10.000 V beträgt die Entladungsenergie 10 mJ. Das ist ein Vielfaches der Energie, die zum Zünden oder Explodieren zahlreicher Sprengstoffe sowie brennbarer Dampf- und Gas-Luft-Gemische erforderlich ist. Um beispielsweise Luftgemische aus Wasserstoff, Methan oder Benzol zu zünden, die am empfindlichsten auf thermische Impulse reagieren, ist eine Funkenentladungsenergie von 0,02, 0,33 bzw. 0,55 mJ erforderlich.
Auch beim Transport von Schüttgütern oder Flüssigkeiten durch Rohrleitungen aus Polymerwerkstoffen kann es zu statischer Elektrizität und Explosionen kommen. Das Auftreten von Ladungen während der Bewegung einer Flüssigkeit wird durch die Hypothese erklärt, dass sich an der Grenzfläche zwischen flüssiger und fester Phase eine doppelte elektrische Schicht bildet. Jedes Molekül, das sich in einem Flüssigkeitsvolumen befindet, erfährt den Einfluss der Van-der-Waals- und Coulomb-Kräfte der Moleküle. In diesem Fall ist die Wirkung aller Kräfte gegenseitig ausgeglichen, während auf die in der Grenzschicht befindlichen Moleküle unausgeglichene, auf die Grenzfläche gerichtete Kräfte einwirken, wodurch eine Kraft und ein elektrisches Feld entstehen. In diesem Feld ausgerichtete Moleküle bilden eine doppelte elektrische Schicht – negativ geladene Teilchen befinden sich auf der Außenseite der Flüssigkeitsschicht, positiv geladene Teilchen auf der Innenseite.
Wird das Gleichgewicht der Doppelschicht gestört, wie es bei der Bewegung einer Flüssigkeit beobachtet wird, kommt es zu einer räumlichen Ladungstrennung, wodurch sich die Oberflächen der Rohrleitungen und der Flüssigkeit mit Elektrizität entgegengesetzten Vorzeichens aufladen. Die Menge der erzeugten elektrischen Ladung nimmt umgekehrt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit, Rauheit und Länge des Rohrs zu. Große Ladungsansammlungen werden an Stellen mit erhöhtem dynamischen Widerstand beobachtet, d. h. beim Austreten von Flüssigkeit, an Kurven, in Verengungen, Erweiterungen usw.
Experimente haben gezeigt, dass die Transportgeschwindigkeit brennbarer Flüssigkeiten mit hohem elektrischem Widerstand in der Größenordnung von 10–10 Ohm durch Rohrleitungen 1 m/s nicht überschreiten sollte, um die Ansammlung gefährlicher Potenziale zu vermeiden. Bei Aceton sollte die Fließgeschwindigkeit nicht höher als 10 m/s sein.
Statische Elektrizitätsentladungen stellen keine tödliche Gefahr für das menschliche Leben dar: Sie sind entweder nur von kurzer Dauer oder weisen eine geringe Stromstärke auf. Sie haben jedoch eine physiologische Wirkung auf den menschlichen Körper. Häufige Entladungen statischer Elektrizität führen bei den Arbeitnehmern zu Nervosität, was manchmal zu Störungen technologischer Systeme und einem Rückgang der Arbeitsproduktivität führt. Durch die Muskelreaktion bei Stromschlägen sind mechanische Verletzungen durch bewegliche und schlecht geschützte Geräteteile möglich. Es gab Fälle, in denen Menschen aus der Höhe stürzten, weil sie durch die Entladung statischer Elektrizität einen Schlag erlitten hatten.
Die Bildung statischer Elektrizität auf synthetischen Materialien führt zu einer schnellen Verschmutzung ihrer Oberfläche. In diesem Zusammenhang entstehen gewisse Unannehmlichkeiten bei der Verwendung von Möbeln, Beleuchtungskörpern, Haushaltsgegenständen aus Kunststoff usw.
Es wurde festgestellt, dass die Kontamination von Kleidung aus synthetischen Fasern 300-500-mal höher ist als die von Kleidung aus Baumwollgewebe. Beim Tragen solcher Kleidung aus synthetischem Stoff verschlechtert sich das Mikroklima einer Person schnell, was zu einer Beeinträchtigung der Hautatmung, des Wärmeaustauschs usw. führt.
Die Elektrifizierung synthetischer Materialien fördert eine intensivere Freisetzung ihrer Bestandteile (V.A. Tsendrovskaya, A.M. Shevchenko, 1969) und erhöht die Geschwindigkeit ihrer chemischen Zerstörung. Die Gefahr der Bildung statischer Elektrizität auf der Oberfläche von Polymeren liegt auch darin, dass die von ihnen freigesetzten flüchtigen Giftstoffe, die Potenzial erlangen, leichter in den Körper eindringen.
Wissenschaftler in vielen Ländern beschäftigen sich mittlerweile mit dem Problem der Bekämpfung der Elektrifizierung. Es stellt sich jedoch heraus, dass nicht jede Elektrifizierung zerstört werden muss. Somit beeinflusst das SEP der Erde ständig die lebenswichtigen Funktionen des Körpers, aber die Isolation einer Person von diesem Feld wird sich negativ auf ihr Wohlbefinden auswirken. Ein Beispiel ist der schlechte Gesundheitszustand einiger Menschen während der Reise in Ganzmetallkutschen und Flugzeugen, wenn das SEP der Erde durch einen Metallkörper abgeschirmt ist (Yu. Morozov, 1969).
Zur Messung elektrostatischer Aufladungen unter natürlichen Bedingungen werden verschiedene Messgeräte verwendet, deren Einsatz von der Art des Kunststoffs und der Umgebung abhängt. Um die Größe des auf Polymermaterialien akkumulierten Potenzials zu messen, wurde unter Laborbedingungen ein Gerät entwickelt, das die Hauptfaktoren simuliert – Reibungsgeschwindigkeit, Belastung der Materialproben (K. I. Stankevich, V. A. Tsendrovskaya, 1970).
Der Grad der Elektrifizierung von Polymermaterialien hängt weitgehend von der chemischen Zusammensetzung und den elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften ab. Beispielsweise ist die Elektrifizierung von Polyvinylchlorid (PVC)-Platten auf Latexharz mehr als 20-mal geringer als auf Suspensionsharz. PVC-Platten, die aus einer Mischung aus Latex und Suspensionsharzen hergestellt werden, weisen einen geringen Elektrifizierungsgrad auf. Kunststoffe, die Füllstoffe mit hydrophilen Eigenschaften enthalten, weisen die geringsten Elektrifizierungseigenschaften auf.
Luftfeuchtigkeit hat einen erheblichen Einfluss auf die Elektrifizierung von Polymermaterialien (Abb. 1). Bei einer Luftfeuchtigkeit von 60-80 % verringert sich der Ladungswert um das 2-3-fache. Bei einer Luftfeuchtigkeit von 80 % bildet sich eine monomolekulare Schicht, wodurch das Material seine Fähigkeit verliert, statische Ladungen auf der Oberfläche anzusammeln. Eine Verringerung des Feuchtigkeitsgehalts der Luft führt zu einer Erhöhung der Leitfähigkeit des Polymermaterials.
An der Oberfläche des Materials adsorbiertes Wasser wird desorbiert, wenn sich die Luftfeuchtigkeit der Umgebung ändert, und die Probe behält ihre dielektrischen Eigenschaften mehrere Monate lang. Bei längerer Lagerung an der Luft nimmt jedoch die Fähigkeit von Kunststoffen ab, statische Ladungen anzusammeln. Dies scheint auf destruktive Veränderungen zurückzuführen zu sein
Reis. 1.
Akkumuliert sich durch Umgebungsfeuchtigkeit auf Polymeren.
Reis. 2.
Akkumuliert auf Polymeren bei relativer Luftfeuchtigkeit: A – 30 %, B, C – 50 %, D, D – 60 %. Material unter dem Einfluss von nicht nur Wasser, sondern auch anderen Umweltfaktoren.
Es besteht auch ein gewisser mathematischer Zusammenhang zwischen der auf dem Polymermaterial angesammelten Ladungsmenge und der Umgebungstemperatur (Abb. 2). Die Abhängigkeit der Ladung von der Temperatur ist umgekehrt: Bei sinkender Temperatur bei gleicher Luftfeuchtigkeit ist eine Ladungszunahme zu beobachten. Allerdings ist der Einfluss der Temperatur auf den Ladungswert deutlich geringer als der der Luftfeuchtigkeit.
Für einige synthetische Materialien, wie z. B. Kleidung auf Nylonbasis, kann die Temperaturabhängigkeit durch die folgende Formel ausgedrückt werden (Capt James, 1963):
Wobei Q der Ladungsbetrag ist;
A und B = konstante Werte;
T – Lufttemperatur.
Bei der Untersuchung von Kleidung im hohen Norden wurde bestätigt, dass Berechnungen mit dieser Formel durchgeführt werden können, um die Elektrifizierung bei Temperaturen von -45 bis 10 ° C zu bestimmen. Wenn man die Größe der Ladungen bei zwei Temperaturen kennt, ist es möglich, die Größe zu berechnen der bei jeder anderen Temperatur entstehenden Ladung.
Von den für Bodenbeläge verwendeten Polymeren weisen PVC-Linoleum und -Platten die größten Elektrifizierungseigenschaften auf. Bei einer Luftfeuchtigkeit von 15-30 % kann die Ladung auf PVC-Linoleum-Bodenbelägen etwa 2000 V erreichen. Bei relativer Luftfeuchtigkeit und einer Temperatur von 20 ± 3 °C entsteht ein stabiles Feld statischer Elektrizität, dessen Stärke von der Stärke abhängt über das Vorhandensein und die Art elektrischer Geräte. In Räumen mit Parkettböden darf die Feldstärke an der Bodenoberfläche und am menschlichen Körper 50 V/cm nicht überschreiten. Gleichzeitig erreicht die Ladung in Räumen mit vielen Geräten auf der mit PVC-Linoleum bedeckten Bodenfläche mehrere zehn Kilovolt. Beim Begehen dieser Böden kommt es zu Aufladungen von bis zu 40 kV und mehr am Körper der Arbeiter. Relin-, Nitrolinoleum- und Cumaronplatten haben geringere elektrische Eigenschaften.
Untersuchungen zur Elektrifizierung von Bodenbelägen aus Polymermaterialien unter natürlichen Bedingungen in verschiedenen Klimazonen der UdSSR haben gezeigt, dass die Höhe der statischen Elektrizitätsladung hauptsächlich im Bereich von 300–500 V/cm schwankt. Manchmal erreicht sie bei niedriger Luftfeuchtigkeit (20-25 %) 1500–2000 V/cm, vor allem bei importierten Kunststoffen, deren Bindemittelgehalt etwa 50 % der Gesamtmasse des Materials beträgt. Die Meinung, dass unter den Bedingungen der Arktis und Kasachstans, wo die relative Luftfeuchtigkeit der atmosphärischen Luft niedrig ist (10–20 %), die Elektrifizierung von Bodenbelägen aus Polymermaterialien mehrere zehn Kilovolt erreicht, war nicht gerechtfertigt. Dies liegt daran, dass eine niedrige relative Luftfeuchtigkeit nur in der offenen Atmosphäre beobachtet wird und in Innenräumen in allen Klimazonen ausgeglichen ist.
Eine Massenbefragung der Bevölkerung, die in Räumen mit Kunststoffbodenbelägen lebt, ergab, dass Beschwerden über die Auswirkungen statischer Elektrizität hauptsächlich auf Kopfschmerzen, Müdigkeit und Herzschmerzen zurückzuführen sind.
Bei der Elektrifizierung von Kunststoff-Bodenbelägen ist die Art des Sohlenmaterials von Schuhen von entscheidender Bedeutung. Von den 9 Sohlenmaterialien (VMSh, Leder, BS, BM, VM, Vulkanit, Leder, Lederfaser, Filz) wird die höchste Elektrifizierung von PVC-Linoleum bei 60 % Luftfeuchtigkeit durch VMS-Kunstleder (1400 V) verursacht, die niedrigste durch Filz (710 V) .
Die Größe der bei der Reibung entstehenden Ladung ermöglicht es, nicht nur den Einfluss des elektrostatischen Feldes unter hygienischen Aspekten zu beurteilen, sondern auch den Grad der Elektrifizierung im Vergleich zum Potential abzuschätzen. Die Größe des Potentials wird mit einem Voltmeter (Kilovoltmeter) bestimmt und hängt von seiner Kapazität ab. Daher entspricht der gleiche mit einem Voltmeter aufgezeichnete Potentialwert unterschiedlichen Strommengen auf der untersuchten Oberfläche.
Das Waschen von Böden, Geräten, Waschen von Kleidung usw. hat einen großen Einfluss auf den Grad der Elektrifizierung von Polymermaterialien. Es wurde festgestellt, dass nach einmaliger Benetzung und Trocknung von Proben für 15 Minuten die Ladungsmenge auf ihrer Oberfläche um 2 abnimmt -3-mal und nach wiederholtem Benetzen und Trocknen für 14 Tage - 10-12-mal. Folglich nimmt unter Betriebsbedingungen nach wiederholter und längerer Behandlung der Oberfläche mit Wasser ihre Fähigkeit, statische Ladungen anzusammeln, um etwa das 10- bis 12-fache ab.
Es ist bekannt, dass der Oberflächenwiderstand von Materialien ihre Fähigkeit zur statischen Aufladung bestimmt (L. Loeb, 1963). Studien haben gezeigt, dass nach kurzzeitiger Benetzung und Trocknung von Proben an der Luft für 15 Minuten ihr Oberflächenwiderstand um das 5- bis 10-fache und nach 24-stündigem Trocknen um das 1,5- bis 3-fache abnimmt. Wenn diese Proben wiederholter Benetzung ausgesetzt werden, werden ihre dielektrischen Eigenschaften auch 10 Tage nach der letzten Benetzung nicht wiederhergestellt. Dies ist vermutlich dadurch zu erklären, dass die Proben Substanzen enthalten, die in großen Mengen Feuchtigkeit aufnehmen können (Ton, Talkum, Schwerspat, Kalkmehl). Die Benetzung der Proben führt zur Aufnahme von Feuchtigkeit im gesamten Material. Die Desorption aus den inneren Schichten erfolgt viel langsamer als aus den Oberflächenschichten.
Zu den Faktoren, die das Ausmaß der Ansammlung statischer Elektrizität auf Polymermaterialien beeinflussen, gehört auch die Belastung der Probe. Die Ladungsmenge ist direkt proportional zur Belastung. Eine Erhöhung der Belastung um das Zweifache führt zu einer Ladungserhöhung um das 1,3- bis 1,5-fache.
Der Grad der Elektrifizierung synthetischer Stoffe wird maßgeblich von deren Leitfähigkeit und Sorptionseigenschaften beeinflusst. Materialien mit geringer Leitfähigkeit und Sorptionseigenschaften haben die größten Elektrifizierungseigenschaften (E. Kh. Tsirin, 1973).
Es besteht ein klarer Zusammenhang zwischen der Elektrifizierung von Stoffen und ihren Sorptionseigenschaften (Tabelle 3).
Tabelle Abhängigkeit der Elektrifizierung textiler Materialien von ihren Sorptionseigenschaften
| Sorbtische Eigenschaften | Art der Faser | ||||
| Triacetat | Acetat | Viskose | Baumwolle | wolle | |
| Hygroskopizität, % | |||||
| bei relativer Luftfeuchtigkeit | |||||
| 45 % | 2,3 | 4,5 | 9,4 | 6,6 | 9,1 |
| bei relativer Luftfeuchtigkeit | |||||
| 100% | 8,1 | 14,9 | 0,34 | 2,14 | 1,3 |
| Wasserkapazität, h | |||||
| Minimum | 0,17 | 0,34 | 0,86 | 0,65 | 1,30 |
| maximal | 1,54 | 2,14 | 3,17 | 3,12 | 3,90 |
| Elektrische Spannung | |||||
| logisches Feld an der Oberfläche | |||||
| Material, kV/cm | 1,5 | 1,3 | 0,05 | 0,10 | 0,08 |
In der Schärerei wird die statische Elektrizität an den Körpern der Arbeiter nicht registriert, an den Geräten beträgt sie jedoch 1 kV. Die Werte der statischen Elektrizität an der Produktionslinie einer Strickerei werden in etwa den gleichen Grenzen ermittelt. Die höchsten Werte an statischer Elektrizität entstehen auf einer Nähmaschine, insbesondere bei der Herstellung von Baumwollprodukten (bis 20-30 kV), Wollmischungen (bis 20 kV), Seide mit Viskose (bis 30 kV), Nylon ( bis 40 kV).
Die Elektrifizierung von Arbeitern, die an verschiedenen technologischen Prozessen beteiligt sind, beträgt: bei der Arbeit an einer Nickerchenmaschine – von 0,5 bis 2 kV (je nach Stoffart), an einer Schermaschine – von 1,5 bis 3 kV. In der Wirkerei und anderen Bereichen ist keine Elektrifizierung zu beobachten.
Eine sehr wichtige und dringende Aufgabe ist die Entwicklung von Maßnahmen, die die Möglichkeit einer Belastung von Menschen durch statische Elektrizität am Arbeitsplatz und zu Hause ausschließen oder verringern. Um die Elektrifizierung von Dielektrika zu reduzieren, wurden verschiedene Methoden entwickelt: Ionisierung der Umgebung, Installation spezieller Geräte – Neutralisatoren und Erhöhung der Leitfähigkeit von Materialien. Am effektivsten ist es, die Leitfähigkeit von Polymeren durch die Einführung von Antistatikmitteln in ihre Zusammensetzung zu erhöhen. Diese Substanzen entfernen statische Ladungen, die sich auf der Oberfläche des Materials ansammeln können, daher müssen sie hydrophiler oder ionischer Natur sein.
Der Einsatz von Antistatika in der Produktion steckt in unserem Land noch in den Kinderschuhen. Die Ergebnisse der ersten experimentellen Studien zu Polymermaterialien mit in ihre Zusammensetzung eingebrachten Antistatikmitteln bestätigten die Erfolgsaussichten dieser Methode. Durch das Auftragen eines Antistatikmittels auf die Oberfläche wird die Aufladung des Materials um 2–5 reduziert. einmal.
Die antistatischen Eigenschaften des Arzneimittels und seine Menge sind von großer Bedeutung. Unter den 8 untersuchten Antistatika (Stearox-6, Stearox-920, Oxalin G-2, Syntanol DT-7, Syntanol DS-10, Oxanol US-17, Oxanol 0-18, Medikament OS-20) waren die wirksamsten Oxanol 0-18, Oxalin C-2 und Syntanol DS-10.
Die Grundanforderungen an Antistatika sind wie folgt. Sie müssen die Ansammlung statischer Aufladungen verhindern bzw. diese sehr schnell ableiten. Darüber hinaus müssen Antistatika die Oberflächenleitfähigkeit von Kunststoffen erhöhen, damit die damit verbundenen Ladungen schnell in die umgebende Atmosphäre abfließen. Eine Erhöhung der Oberflächenleitfähigkeit kann entweder durch eine Erhöhung der Feuchtigkeitskonzentration im Material durch Erhöhung der Hygroskopizität seiner Oberfläche oder durch die Bildung organischer leitfähiger Schichten erreicht werden.
Eine wirksame Methode zur Reduzierung der Ansammlung statischer Elektrizität besteht darin, den Reibungskoeffizienten zwischen dem Polymer und dem damit in Kontakt stehenden Material zu verringern. Dazu ist es notwendig, dass das Antistatikum einen gummiartigen Film auf der Oberfläche des Kunststoffs bildet.
Derzeit wird eine Vielzahl von Substanzen als Antistatika vorgeschlagen. Die meisten von ihnen gehören zu einer von 5 Klassen: Nitroverbindungen (lange Ketten von Aminen, Amiden und quartären Basen oder Salzen), Sulfonsäuren oder Arylalkylsulfonate, phosphorhaltige Säuren oder Arylalkylphosphate, Polyglykole und ihre Derivate, einschließlich Polyglykolester von Fettsäuren Säuren und Polyglycolaryl-Alkyl-Derivate, polyhydrolytische Alkohole und ihre Derivate.
Antistatika werden auf die Oberfläche von Kunststoffen aufgetragen oder in diese eingearbeitet. Effektiver sind antistatische Zusätze, die in die Kunststoffzusammensetzung eingebracht werden. Für diese Zwecke verwendete Materialien müssen einen geringen elektrischen Widerstand aufweisen und einen Film auf der Oberfläche von Lösungen aus Wasser oder anderen flüchtigen Lösungsmitteln mit niedriger Oberflächenenergie bilden.
Die Wirksamkeit aller Antistatika nimmt mit abnehmender Luftfeuchtigkeit deutlich ab. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass geringe Mengen an Sorptionsfeuchtigkeit die Ionisierung beeinflussen, die in nichtionischen Antistatika auftreten kann.
Viele chemische Verbindungen können eine antistatische Oberfläche bilden. Gleichzeitig ist die Auswahl beim Einbringen dieser Stoffe in Polymere eingeschränkter, da ihre Wirksamkeit für jede Art von Kunststoff spezifisch sein kann. Beispielsweise werden quartäre Ammoniumverbindungen für den Einsatz in Polystyrol bevorzugt, während Polyethylenglykolether für den Einsatz in Polyethylen bevorzugt werden. Darüber hinaus müssen diese Zusatzstoffe bestimmte Eigenschaften aufweisen. Von den chemischen Eigenschaften her müssen sie eine gewisse Kunststoffverträglichkeit aufweisen, da es Grenzen gibt, bei denen die Effizienz am höchsten ist. Eine sehr hohe Verträglichkeit führt zu einer vollständigen Auflösung des Wirkstoffes im Kunststoff. Folglich muss auf der Oberfläche des Materials immer eine gewisse Menge eines Stoffes vorhanden sein, der ihm antistatische Eigenschaften verleiht. Beim Abwaschen der Oberflächenschicht verbleibt das Antistatikum in der Materialmasse und steigt nicht an die Oberfläche. Eine sehr geringe Verträglichkeit führt zur Schichtung der Masse. Dies kann bei einer Verbindung mit niedrigem Molekulargewicht passieren und zu unerwünschten Folgen wie Schwitzen führen. Experimente und Beobachtungen in vivo haben gezeigt, dass das Mittel eine durchschnittliche Verträglichkeit mit Kunststoffen aufweisen sollte.
Die Kompatibilität wird durch die Fähigkeit des Antistatikmittels bestimmt, durch das Material zu diffundieren. Diese Eigenschaft ist besonders wichtig und ein Indikator für die effektive Lebenserwartung des Agenten. Offensichtlich bewegen sich Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht frei in der Masse des Materials zu seiner Oberfläche. In solchen Fällen ist die Wirksamkeit des Mittels zwar gut, seine Lebensdauer ist jedoch kurz. Der Wirkstoff kann bei normalem Gebrauch leicht abgenutzt werden und da seine Menge begrenzt ist, kann seine Wirkung nicht verlängert werden. Gleichzeitig bewegen sich Verbindungen mit hohem Molekulargewicht oder hoher Verträglichkeit langsamer und ihre Aktivität ist länger. Ist außerdem die Kompatibilität des Additivs mit dem Kunststoff sehr hoch, ist mehr Antistatikum erforderlich und daher verschlechtern sich dessen mechanische Eigenschaften.
Die Diffusionsgeschwindigkeit wird durch die Zeit bestimmt, die benötigt wird, bis die maximale Konzentration die Oberfläche erreicht, bzw. durch die Zeit zwischen der Herstellung des Produkts und seinen antistatischen Eigenschaften. Das Gleichgewicht zwischen Kompatibilität und Diffusionsgeschwindigkeit kann durch zwei Methoden eingestellt werden. Zunächst kann die Wirkung des Antistatikums durch die Zugabe einer zweiten Komponente verändert und so die Verträglichkeit und anschließende Beweglichkeit erhöht oder verringert werden. Eine andere Möglichkeit wäre die Schaffung eines Antistatikums, dessen Molekülstruktur chemische Verbindungen enthält, die ein Gleichgewicht zwischen Verträglichkeit und Übertragbarkeit herstellen. Beispielsweise kann eine Reihe quartärer Ammoniumverbindungen von Alkoholen mit verschiedenen kationischen und anionischen Verbindungen hergestellt werden.
Viele Antistatika werden aufgrund ihrer thermischen Instabilität bei der Herstellung und Verarbeitung von Kunststoffen nicht eingesetzt. Derzeit gibt es nur wenige Verbindungen mit einer stabilen chemischen Struktur, die eine dauerhafte antistatische Wirkung entfalten und gleichzeitig hohen Temperaturen und Drücken standhalten können, ohne zu zerfallen. Beispielsweise wurde festgestellt, dass quartäre Ammoniumverbindungen bei hohen Temperaturen und bei der Verarbeitung von Kunststoffen instabil sind
Diese Reaktion ist nicht nur deshalb gefährlich, weil der zugesetzte Stoff seine antistatischen Eigenschaften verliert, sondern auch, weil Säure freigesetzt wird, die die Korrosion der bei der Kunststoffproduktion verwendeten Geräte verstärkt.
Antistatika müssen schwer flüchtig und ungiftig sein und eine langanhaltende antistatische Wirkung haben. Es ist sehr schwierig, die Wirkungsdauer eines Antistatikums vorherzusagen, da beim Betrieb von Kunststoffen deren Oberflächenschicht, Diffusion und Gleichgewicht des Antistatikums ständig gestört werden.
Dem Kunststoff müssen antistatische Zusätze in einem bestimmten Prozentsatz zugesetzt werden. Die optimale Konzentration von Antistatika hängt hauptsächlich von ihrer Affinität zum Polymer und der Oberfläche pro Volumeneinheit ab, also wie viel größer die Oberfläche der Partikel pro Volumeneinheit im Additiv ist als im Polymer. Beobachtungen haben gezeigt, dass eine Mindestkonzentration an Verbindungen erforderlich ist, um eine dauerhafte Oberflächenschicht zu bilden. Eine weitere Erhöhung der Konzentration hat keine unmittelbare Wirkung, es ist jedoch möglich, dass eine Reserve gebildet wird, um Verluste der Verbindung während des Zerfalls auszugleichen.
Das Molekulargewicht des Mittels muss niedrig genug sein, um an die Oberfläche zu migrieren, aber dennoch hoch genug, um eine gewisse Beständigkeit zu haben und nicht leicht von der Oberfläche entfernt zu werden. Antistatika sollten farblos oder leicht gefärbt sein, da stark gefärbte Verbindungen gewisse Schwierigkeiten bei der Erzielung blasser Töne bereiten.
Die Wirkung von Antistatikmitteln muss auf einem oder mehreren physikalischen Phänomenen beruhen: Hygroskopizität – Ansammlung von Wasser aus der Atmosphäre, Polarität – das Mittel ist eine polare Verbindung und leitet Strom, Viskosität – das Mittel muss eine solche Viskosität aufweisen, dass es Elektronen einfängt an die Oberfläche bewegen.
Es kann keine universellen antielektrostatischen Mittel geben, da sie von der Art des Kunststoffs, seinem Verwendungszweck usw. abhängen.
In letzter Zeit wurde der Untersuchung der biologischen Auswirkungen statischer Elektrizität große Aufmerksamkeit geschenkt. Dieses Interesse ist kein Zufall. Es ist bekannt, dass statische Elektrizität, die beispielsweise beim Tragen von Chlorunterwäsche auftritt, bei einigen neurologischen Erkrankungen (Rheuma, Radikulitis, Plexitis usw.) eine therapeutische Wirkung hat (K. A. Rapoport, 1965). Wahrscheinlich wird hier der gleiche Effekt beobachtet wie bei einer der Methoden der Elektrotherapie – der Franklinisierung. Franklinisierung bezieht sich auf die Behandlung statischer Elektrizität, bei der ionisierte Luft, ein Hochspannungsfeld und kleine Entladungen zwischen dem Körper und den Franklinisierungselektroden kombiniert werden. Der weit verbreitete Einsatz statischer Elektrizität als therapeutisches Mittel löst jedoch Skepsis aus. Dies erklärt sich daraus, dass bislang nicht geklärt ist, welche Phänomene – physikalische oder chemische – zu einer Verbesserung führen.
Gleichzeitig ist bekannt, dass Ionen nicht nur die Sauerstoffversorgung der Haut bestimmen, sondern auch Stoffwechselprozesse in der Zelle aktivieren. Daher ist es beim Tragen von Kleidung sehr wichtig, welche Polarität das SEP darauf haben wird. Wenn man beispielsweise Kleidung aus Lavsan-Stoff um den Körper trägt, entsteht ein SEP mit negativer Polarität, das den Durchtritt von Luftionen mit negativer Ladung nicht zulässt. Beim Tragen von Kleidung aus Kunstwolle entsteht um den Körper herum ein elektrostatisches Feld mit positiver Ladung, das das Eindringen von Sauerstoffionen in die Haut verhindert (N. N. Alfimov, V. V. Belousov, 1973).
Biochemische Prozesse im Körper sind ohne den Austausch elektrischer Ladungen an den Molekülen von Proteinen, Fetten, Kohlenhydraten und Salzen nicht möglich.
Eine beeinträchtigte Durchdringung von Luftionen kann zur Entwicklung trophischer Veränderungen der Haut und reflektorisch zu einer Reihe anderer pathologischer Veränderungen im Körper, insbesondere im Herz-Kreislauf- und Nervensystem, beitragen.
Es wurde experimentell festgestellt, dass ein enger Zusammenhang zwischen elektrischer; Hautwiderstand mit Indikatoren für den Zustand des Zentralnervensystems wie der latenten Reaktionszeit auf Licht, Schall, Wärme sowie dem Zusammenhang zwischen dem Grad des elektrischen Widerstands der Haut und der Empfindungsschwelle, die durch Entladungen statischer Elektrizität entsteht ( N. S. Smirnitsky, G. A. Antropov, 1969). Es wird auch eine individuelle Empfindlichkeit der Haut gegenüber den Auswirkungen statischer Elektrizität festgestellt. Dies ist wahrscheinlich auf die unterschiedlichen Hautzustände bei verschiedenen Menschen zurückzuführen. Die Haut kann fettig, normal oder trocken sein. Je trockener es ist, desto größer ist sein elektrischer Widerstand und desto mehr Ladungen behält es. Mit zunehmendem Alter verändern sich die Körperzellen, einschließlich der Epidermis, und die Haut wird trockener. Ältere Menschen klagen häufiger über elektrische Aufladungen, wenn sie ungeladene Gegenstände oder eine andere Person berühren (S. Yu. Morozov, 1969). Auch bei häufigem Waschen mit heißem Wasser und Seife trocknet die Haut aus.
In einem akuten Experiment wurde festgestellt (F.G. Portnov, 1968), dass als Ergebnis der kurzzeitigen (15-60 Minuten) Einwirkung von SEP 4000 V/cm die Anzahl der roten Blutkörperchen, der Hämoglobinanteil und die autonomen Funktionen sinken des Körpers (Herzfrequenz und Atmung) vom ursprünglichen Niveau abweichen.
In einem chronischen Experiment unter dem Einfluss von SEP mit einer Spannung von 2000 f/cm über 1,5 Monate, 4 Stunden am Tag, 6 Mal pro Woche veränderten sich die hämatologischen Parameter und der Zustand des Herz-Kreislauf-Systems statistisch nicht signifikant. Das chronische Experiment zeigte eine Tendenz zur Abschwächung der Reaktionsfähigkeit des Tierkörpers gegenüber der Wirkung von SEP.
Unter Produktionsbedingungen, bei denen die SEP 30–40 kV erreichte, wurden häufiger Erkrankungen des Nerven- und Herz-Kreislauf-Systems, Störungen des Eierstock-Menstruationszyklus, Grippe und Katarrh der oberen Atemwege beobachtet. Diese Daten deuten darauf hin, dass bei Personen, die langfristig SEP ausgesetzt sind, die Widerstandskraft des Körpers gegen Infektionskrankheiten verringert ist.
Bei Personen, die statischer Elektrizität ausgesetzt sind, nimmt der Widerstand der Haut gegenüber elektrischem Strom ab, die Kraft und Ausdauer von Muskeln und Knochen nimmt ab, nervöse Reaktionen auf Licht und Geräusche verlangsamen sich und es wird eine höhere Anzahl von Arbeitsunfähigkeitstagen festgestellt als bei Personen, die dies nicht tun SES ausgesetzt (L.I. Maksimova, 1972). Unter dem Einfluss von SEP wird der pH-Wert des Magensaftes deutlich gesenkt und die Blutgerinnungszeit verkürzt.
Wenn Versuchstiere SEP mit einer Spannung von 400–500 V/cm ausgesetzt werden, zeigen sie erhebliche und konformationelle Veränderungen in den Zellen des Gehirns und des Rückenmarks, der Nebennieren, der Leber, der Nieren, der Milz und der Skelettmuskulatur die thermische Koagulation von Plasmaproteinen nimmt zu, Eosinophilie (B. M. Medvedev, S. D. Kovtun, 1969). Elektrophysiologische Untersuchungen zum Funktionszustand peripherer Nerven weisen darauf hin, dass SES die Latenzzeit, die Dauer des Aktionspotentials und die absolute Refraktärphase der Erregung verlängert. Einen Anstieg dieser Indikatoren im Laufe der Zeit werten die Autoren als leichte Abnahme der Beweglichkeit von Erregungsprozessen in den Nervenfasern gemischter peripherer Nerven. Dies geschieht aufgrund einer Störung der Zellpermeabilität für Kalium- und Natriumionen, die bekanntermaßen in direktem Zusammenhang mit Veränderungen der elektrischen Reaktionen in Zellen steht.
Es wurde festgestellt, dass SEP mit einer Spannung von 500 V/cm die Tast- und Schmerzempfindlichkeit verringert, den Tonus und die Reaktivität des Hautgefäßsystems und die Durchblutung der Haut verringert, den Hautwiderstand erhöht und das Redoxpotential verringert (M. G. Shandala, V. Ya. Akimenko, 1973). SEP mit einer Spannung von 1000 V/cm verringert zusätzlich zu den angegebenen Veränderungen die funktionelle Stabilität der Kälterezeptoren, die bakteriziden Eigenschaften der Haut und die Stärke galvanischer Hautreflexe und erhöht die Potentiale in den aktiven Punkten Herz und Lunge. Ein SEP von 250 V/cm verursacht keine biologischen Veränderungen und wird daher als Spannung für die Akkumulation auf Kleidung empfohlen. Als RL für Akkumulation/SEP auf Kleidung, K. A. Rapoport und Co-Autoren (1973), basierend auf einer Umfrage Bei Probanden empfehlen wir eine Spannung von 300 V/cm cm.
Um die auf im Bauwesen verwendeten Polymermaterialien angesammelte SEP zu regulieren, führten wir Studien an weißen Ratten unter simulierten Bedingungen durch (K. I. Stankevich et al., 1972). Die von uns erstellte Installation besteht aus einer Kammer mit den Maßen 45 x 30 x 13 cm. Mithilfe von Halterungen können sich die Elektroden der Kamera nähern und von ihr entfernen sowie ihre Position in Bezug auf die Kamera ändern (horizontal oder vertikal). Dies ermöglicht es, den Einfluss der Feldlinienrichtung auf den Körper von Versuchstieren zu untersuchen. In der Kammer ist es möglich, die biologischen Wirkungen sowohl des SEP als auch seiner Ladung zu untersuchen.
Als Generator statischer Elektrizität werden an das Netzwerk angeschlossene Aerofranklinizer verwendet. Zur Überwachung der von den Aero-Franklinizern gelieferten Spannung ist in der Kammer ein Kilovoltmeter installiert. Die Berechnung der SEP-Spannung (E) in der Kammer erfolgt nach der Formel:
Wobei G die auf der Kilovoltmeter-Skala angegebene Spannung ist;
N ist der Abstand zwischen den Elektroden.
Wir haben Studien unter simulierten Bedingungen bei SEP-Spannungen von 1800, 1100, 300, 150 V/cm durchgeführt, also unter den typischsten natürlichen Bedingungen. Diesen Studien zufolge sind Redoxenzyme – Peroxidase, Katalase, Succinatdehydrogenase – die empfindlichsten Indikatoren für die Wirkung von SEP auf den tierischen Körper. Bei einer Feldspannung von 300 V/cm und höher sanken die Peroxidase-Aktivität, Peroxidase- und Katalase-Indizes bei Versuchstieren statistisch signifikant, diese Veränderungen begannen jedoch erst ab dem 2. Monat des Experiments.
2 Wochen nach Versuchsbeginn stieg der Adrenalingehalt im Urin statistisch signifikant an, die Blutgerinnung nahm zu und die osmotische Resistenz der Erythrozyten nahm ab.
Es kam zu einer stabilen Abnahme der Thermoresistenz von Plasmaproteinen und Blutleukozyten sowie zu einem Anstieg der Menge an Natriumionen im Blutplasma. Letzteres ist wahrscheinlich auf die erhöhte Permeabilität von Zellmembranen unter dem Einfluss von SEP zurückzuführen. Und bekanntlich beeinflussen Na+-Ionen die Erregbarkeit des Nervensystems, den Wasserhaushalt und die Bildung adaptiver Eigenschaften des Körpers. Blutparameter (Anzahl roter Blutkörperchen, Eosinophile, Retikulozyten, Hämoglobinanteil, Zuckergehalt) waren Phasencharakter, was offenbar durch die irritierende Wirkung von SEP auf die hämatopoetische Funktion des Knochenmarks und die anfängliche Belastung erklärt werden kann im Körper mit anschließender Anpassung.
Neben Tierversuchen führten Kliniker eine umfassende Untersuchung des Servicepersonals einer Fernsprechzentrale durch, bei der die Elektrifizierung von Bodenbelägen auf Basis von PVC-Linoleum und den Körpern der Arbeiter 10–30 kV erreicht. 71 % der Beschäftigten hatten Funktionsstörungen des Nervensystems und 44 % hatten Störungen des Herz-Kreislauf-Systems. Die Mitarbeiter klagten über ständige Kopfschmerzen, erhöhte Reizbarkeit und Müdigkeit sowie Schmerzen im Herzbereich, die sich im Laufe des Arbeitstages verstärkten. Hämatologische Untersuchungen ergaben eine schwere Leukopenie und einen Abfall des Hämatokrits.
So haben Studien gezeigt, dass der SEP-Wert von 300 V/cm einen Schwellenwert darstellt und 150 V/cm einen Unterschwellenwert darstellt und als „inaktiv“ reguliert werden kann.
Eine sehr wichtige theoretische und praktische Frage des betrachteten Problems ist die Aufklärung des Mechanismus der biologischen Wirkung von SEP. Aus den vorgelegten Daten wird deutlich, dass die Aufklärung der Reaktionsmechanismen auf SES erhebliche Schwierigkeiten bereitet.
B. M. Medvedev und S. D. Kovtun (1969) glauben, dass der Mechanismus der biologischen Wirkung von SEP auf Störungen in Konformationsprozessen beruht. Proteinzellkomponenten als Folge von Verschiebungen der elektrostatischen intrazellulären Kräfte und Störungen des Zellstoffwechsels. F. G. Portnov und Co-Autoren (1973) betrachten die Beteiligung adrenerger Rezeptoren als eines der Bindeglieder im Mechanismus der biologischen Wirkung von SEP.
Unsere Studien zeigen, dass die Permeabilität von Zellmembranen und die Störung der Aktivität von Oxidoreduktasen eine wichtige Rolle im Mechanismus der biologischen Wirkung von SEP spielen.
Yu. L. Kholodov (1966) glaubt, dass der physiologische Einfluss von SEP auf den Körper reflexartig erfolgt. Durch Reizung der Enden des Trigeminus und anderer Nerven kann SEP zu einer Veränderung des Funktionszustands des Zentralnervensystems führen. Darüber hinaus werden Veränderungen der Hautempfindlichkeit, Stimulation der Kapillarzirkulation, Normalisierung des Gefäßtonus, eine Verschiebung der morphologischen Zusammensetzung des Blutes, eine Verbesserung des Gasaustausches und der Aktivität des Magen-Darm-Trakts beobachtet.
Wenn sich elektrische Ladungen frei durch einen Leiter bewegen, spricht man von elektrischem Strom. Wenn sie stehen bleiben, ohne sich zu bewegen, und beginnen, sich an etwas anzusammeln, sollten wir von statischer Elektrizität sprechen. Statik ist nach GOST die Gesamtheit des Auftretens, der Erhaltung und der freien Ansammlung einer elektrischen Ladung auf der Außenfläche dielektrischer Materialien oder auf Isolatoren.
Das Auftreten statischer Elektrizität
Wenn sich der physische Körper in einem normalen neutralen Zustand befindet, bleibt das Gleichgewicht der negativ und positiv geladenen Teilchen in ihm erhalten. Bei einer Verletzung bildet sich im Körper eine elektrische Ladung mit dem einen oder anderen Vorzeichen, es kommt zur Polarisation – die Ladungen beginnen sich zu bewegen.
Weitere Informationen. Jedes physikalische Objekt ist in der Lage, Ladungen in positiver oder negativer Richtung zu erzeugen, was sie auf der triboelektrischen Skala charakterisiert.
Zum Beispiel:
- positiv: Luft, Haut, Asbest, Glas, Leder, Glimmer, Wolle, Fell, Blei;
- negativ: Ebonit, Teflon, Selen, Polyethylen, Polyester, Messing, Kupfer, Nickel, Latex, Bernstein;
- neutral: Papier, Baumwolle, Holz, Stahl.
Eine statische Aufladung von Gegenständen kann aus verschiedenen Gründen auftreten. Die wichtigsten sind die folgenden:
- direkter Kontakt zwischen Körpern mit anschließender Trennung: Reibung (zwischen Dielektrika oder Dielektrikum und Metall), Auf- und Abwickeln, Bewegen von Materialschichten relativ zueinander und andere ähnliche Manipulationen;
- plötzliche Änderung der Umgebungstemperatur: plötzliches Abkühlen, Einlegen in einen Ofen usw.;
- Strahlenexposition, Ultraviolett- oder Röntgenbestrahlung, Induktion starker elektrischer Felder;
- Schneidprozesse – an Maschinen zum Schneiden oder Schneiden von Papierbögen;
- spezielle Richtungsführung mit statistischer Entladung.
Auf molekularer Ebene entsteht statische Elektrizität als Folge komplexer Prozesse, wenn Elektronen und Ionen aus kollidierenden inhomogenen Oberflächen mit unterschiedlichen Atombindungen der Oberflächenanziehung neu verteilt werden. Je schneller sich Materialien oder Flüssigkeiten relativ zueinander bewegen, je geringer ihr spezifischer Widerstand ist, je größer die Kontaktflächen und Wechselwirkungskräfte sind, desto höher ist der Elektrifizierungsgrad und das elektrische Potenzial.
Die Quellen elektrostatischer Aufladung, sowohl im häuslichen als auch im industriellen Bereich, sind Computer- und Bürogeräte, Fernseher und andere mit elektrischem Strom betriebene Geräte und Geräte. Der einfachste Computer verfügt beispielsweise über ein Paar Lüfter zur Kühlung der Systemeinheit. Wenn die Luft beschleunigt wird, werden die darin enthaltenen Staubpartikel elektrisiert und setzen sich unter Beibehaltung ihrer Ladung auf umliegenden Gegenständen, der Haut und den Haaren von Menschen ab und dringen sogar in die Lunge ein.
Außerdem sammeln sich auf Monitorbildschirmen große Mengen statischer Elektrizität an. In Wohn- und Industrieräumen entstehen elektrostatische Aufladungen auf Böden, die mit Linoleum- oder PVC-Fliesen ausgelegt sind, auf Menschen (in Haaren und auf synthetischer Kleidung).
In der Natur ist statische Elektrizität sehr stark und entsteht, wenn sich Wolkenmassen bewegen: Zwischen ihnen entstehen riesige Elektrizitätspotentiale, die sich in Blitzentladungen äußern.
In der Industrie kommt es häufig zur Bildung statischer Aufladungen in folgenden Fällen:
- Reibung von Förderbändern an Wellen, Reibung von Drahtbändern an Riemenscheiben (insbesondere bei Schlupf und Blockierung);
- wenn brennbare Flüssigkeiten durch Rohrleitungen strömen;
- Befüllen von Tanks mit Benzin und anderen flüssigen Erdölfraktionen;
- Eintritt und Bewegung von Staubpartikeln in Luftkanälen mit hoher Geschwindigkeit;
- beim Mahlen, Mischen und Sieben trockener Substanzen;
- beim gegenseitigen Komprimieren dielektrischer Materialien unterschiedlicher Art und Konsistenz;
- mechanische Bearbeitung von Kunststoffen;
- der Durchgang von Flüssiggas (insbesondere solchen, die Suspensionen oder Staub enthalten) durch Rohrleitungen;
- Umzugswagen mit gummierten Reifen auf isolierendem Bodenbelag.
Gefahr statischer Elektrizität
Akkumulierte statische Elektrizität stellt die größte Gefahr in der industriellen Produktion dar. Durch den Kontakt des Bedieners mit geerdeten Geräten kann es zu einer unerwarteten Entzündung brennbaren Materials durch Funken kommen, gefolgt von einer Explosion. Die Energie der elektrostatischen Entladung beträgt manchmal etwa 1,4 Joule – das ist mehr als genug, um in allen brennbaren Stoffen enthaltene Gemische aus Staub, Dampf, Gas und Luft in einen Verbrennungszustand zu versetzen. Laut GOST sollte die maximale Energie der angesammelten Ladungen auf der Oberfläche einer Industrieanlage nicht mehr als 40 Prozent der minimalen Energie zur Entzündung des Materials betragen.
Bei bestimmten technologischen Vorgängen, zum Beispiel:
- Gießen und Transportieren von Sand in Lastkraftwagen;
- Kraftstoff durch Rohrleitungen pumpen;
- Gießen von Alkohol, Benzol und Äther mit hoher Geschwindigkeit in nicht geerdete Tanks;
- Bei Förderarbeiten etc. entstehen elektrische Spannungen von 3 bis 80 Kilovolt.
Beachten Sie! Damit Benzindämpfe explodieren, reichen 300 Volt, bei brennbaren Gasen 3 Kilovolt und bei brennbaren Stäuben etwa 5 Kilovolt.
Statik wirkt sich auch negativ auf den Betrieb aller Präzisions- und Ultrapräzisionsinstrumente sowie Funkkommunikationsgeräte aus und verursacht große Probleme bei der Funktionsweise der Automatisierungs- und Fernsehmechanik. Viele Teile komplexer elektronischer Geräte sind einfach nicht dafür ausgelegt, solch hohen Spannungen standzuhalten, die durch statische Entladung entstehen. Dadurch werden diese Teile deaktiviert, wodurch die Geräte an Genauigkeit verlieren.
Auch Menschen können geladene Teilchen ansammeln, wenn sie Schuhe mit nichtleitenden Sohlen oder Kleidung aus Wolle, Seide oder Synthetik tragen. Die Elektrifizierung erfolgt bei Bewegung (wenn der Bodenbelag keinen Strom leitet) und bei der Interaktion mit dielektrischen Objekten.
Die Einwirkung statischer Elektrizität auf den menschlichen Körper erfolgt in Form eines lang fließenden elektrischen Stroms mit niedriger Spannung oder einer sofortigen Entladung, die ein leichtes und nicht immer angenehmes Kribbeln auf der Haut hervorruft (manchmal werden sie als mäßig oder sogar bewertet). starke Stiche). Im Allgemeinen gilt eine solche Einwirkung eines Potenzials von nicht mehr als 7 Joule als gesundheitlich unbedenklich; jedoch kann bereits eine schwache Stromentladung zu einer reflexartigen Muskelkontraktion führen, die mit verschiedenen Arbeitsverletzungen behaftet ist (Eindringen in den Arbeitsbereich von Mechanismen, Einfangen von Körper- oder Kleidungsteilen durch nicht eingezäunte bewegliche Maschinenteile, Stürze aus der Höhe).
Betrachtet man die Wirkung statischer Elektrizität auf den menschlichen Körper auf zellulärer Ebene, so kommt es durch die Aktivierung des Neuroreflexmechanismus zu einer Reizung von Hautneuronen und kleinsten Kapillaren. Dies führt zu Veränderungen in der Ionenzusammensetzung des Gewebes unseres Körpers, was sich in erhöhter Müdigkeit während des Tages, einem ständigen gereizten Geisteszustand, Störungen des Schlafrhythmus und anderen Problemen in der Funktion des Zentralnervensystems äußert. Die Gesamtleistung nimmt ab. Durch ständige Einwirkung statischer Elektrizität können Krämpfe der Blutgefäße Bradykardie verursachen – eine Abnahme der Kontraktionsfrequenz des Herzmuskels und einen erhöhten Blutdruck.
Methoden zum Schutz vor statischer Elektrizität in der Produktion
Gegen die schädlichen und gefährlichen Erscheinungsformen von angesammeltem statischem Strom unter Produktionsbedingungen wird eine Reihe von Schutzmaßnahmen entwickelt und angewendet. Sie basieren auf folgenden Methoden:
- Erhöhung der Leitfähigkeit von Materialien und der umgebenden Arbeitsumgebung, was zur Ausbreitung periodisch auftretender statischer elektrischer Ladungen im Raum führt;
- Verringerung der Geschwindigkeit der Verarbeitung und Bewegung von Materialien, wodurch die Möglichkeit der Erzeugung statischer elektrischer Aufladungen erheblich verringert wird;
- Vollständige Nutzung einer gut konzipierten Erdung, die dazu beiträgt, die Ansammlung gefährlicher Potenziale zu verhindern;
- Erhöhung des Widerstands der Maschinen und Mechanismen selbst gegen die Einwirkung statistischer Entladungen;
- verhindert das Eindringen von elektrischem Strom in den Arbeitsbereich.
Alle Methoden zur Verhinderung statischer elektrischer Entladungen werden in strukturelle, technologische, chemische, physikalische und mechanische Methoden unterteilt. Die letzten drei zielen hauptsächlich darauf ab, die Aktivität der Erzeugung elektrischer Ladungen und deren schnelle Freisetzung in den Boden zu reduzieren. Gleichzeitig haben die ersten dieser Methoden nichts mit der Erdung zu tun.
Der sogenannte Faradaysche Käfig dient als äußerst zuverlässiger Schutz vor statischer Elektrizität. Es besteht aus einem feinmaschigen Netz, das die Maschinen vollflächig umschließt und verfügt über eine Verbindung zur Erdschleife.
Dank dieser Konstruktion dringen keine elektrischen Felder in das Innere des Faradayschen Käfigs ein und das Magnetfeld wird in keiner Weise beeinflusst. Nach den gleichen Grundsätzen werden elektrische Kabel geschützt, die zuvor mit einer Blechabschirmung abgedeckt waren.
Elektrostatische Aufladung lässt sich optimal reduzieren, indem man die Leitfähigkeit von Industriematerialien erhöht und eine Koronabehandlung durchführt (d. h. die Erzeugung eines Luftplasmas auf der Oberfläche von Materialien durch eine Koronaentladung bei Raumtemperatur). Dies wird durch eine spezielle Auswahl von Materialien mit erhöhter volumetrischer Leitfähigkeit erreicht, wodurch der Arbeitsbereich vergrößert und die Ionisierung der Luft um die geschützten Mechanismen erhöht wird. Spezielle Geräte – Ionisatoren – erzeugen positiv und negativ geladene Ionen, die von entgegengesetzt geladenen Dielektrika angezogen werden und deren Ladungen neutralisieren.
Wichtig! Für Stoffe mit hohem elektrischem Widerstand sind solche Methoden zum Schutz vor statischer Elektrizität nicht geeignet.
Im Maßnahmenkatalog zum Schutz vor statischer Elektrizität ist die Erdung zwingend vorgeschrieben. Das Erdungsgerät umfasst eine Erdungselektrode (leitendes Element) und einen Erdungsleiter zwischen dem Erdungspunkt am Boden und der Erdungselektrode. Eine Erdung gegen Elektrostatik gilt als ausreichend, wenn der Widerstand an keiner Stelle des Geräts mehr als 1 Megaohm beträgt. Geräte verwenden häufig leitfähige Folien, um die Arbeitsfläche abzudecken.
In den Arbeitsbereichen werden antistatische Böden verlegt; die Bediener müssen antistatische Kleidung und Schuhe tragen (der Widerstand des Sohlenmaterials beträgt nicht mehr als 100 Ohm).
Schutz vor statischer Elektrizität zu Hause
Im Alltag gibt es eine Reihe von Maßnahmen und Maßnahmen, die dazu beitragen, die Entstehung elektrostatischer Entladungen zu verhindern:
- Durch die tägliche Nassreinigung wird die Staubmenge in der Luft reduziert.
- Verhinderung des Austrocknens der Luft durch tägliches Lüften der Räumlichkeiten;
- Verwendung von antistatischen Bürsten bei der Reinigung;
- Verwendung antistatischer Möbel;
- Fertigstellung des Hauses mit Materialien, die statische Aufladung gut entfernen: Holz, antistatisches Linoleum und andere;
- Was die Kleidung betrifft, entfernen Sie Wollkleidung mit langsamen Bewegungen und verwenden Sie Antistatiksprays, um den Klebeeffekt von Seidenartikeln zu beseitigen.
- Tierfelle nicht in kalter und trockener Luft bügeln;
- Kämmen Sie Ihre Haare mit Holz- oder Metallkämmen anstelle von Plastikkämmen.
Vergessen Sie nicht, Privatfahrzeuge vor statischer Aufladung der Karosserie zu schützen, insbesondere vor dem Betanken mit Benzin. Dies geschieht über einen einfachen Antistatikstreifen unter dem Unterboden.
Bei statischer Elektrizität handelt es sich um kostenlose elektrische Ladungen, die auf verschiedenen Dielektrika gesammelt werden. Sowohl in der Industrie als auch im Alltag sammelt sich völlig ungesunde statische Elektrizität an, und ein Schutz davor ist notwendig, da solche Aufladungen sowohl Maschinen, Mechanismen, Industrieanlagen als auch die menschliche Gesundheit schädigen können. Nur zuverlässige Methoden können dieses negative Phänomen aufheben oder ganz verhindern.
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