الكهرباء الساكنة - ما هي وكيف تتولد والمشاكل المرتبطة بها

ما هي الكهرباء الساكنة

تحدث الكهرباء الساكنة عندما يحدث خلل في التوازن داخل الذرة أو داخل الجزيء بسبب اكتساب أو فقدان إلكترون. عادة ، تكون الذرة في حالة توازن بسبب نفس عدد الجسيمات الموجبة والسالبة - البروتونات والإلكترونات. يمكن للإلكترونات أن تنتقل بسهولة من ذرة إلى أخرى. في الوقت نفسه ، فإنها تشكل أيونات موجبة (حيث لا يوجد إلكترون) أو سالبة (إلكترون واحد أو ذرة مع إلكترون إضافي). عندما يحدث هذا الخلل ، يتم توليد الكهرباء الساكنة.

لمزيد من التفاصيل انظر هنا: حول الكهرباء الساكنة في الصور

شحنة كهربائية على إلكترون - (-) 1.6 × 10-19 قلادة. بروتون بنفس الشحنة له قطبية موجبة. الشحنة الساكنة في كولوم تتناسب طرديًا مع زيادة أو نقص الإلكترونات ، أي عدد الأيونات غير المستقرة.

القلادة هي الوحدة الأساسية للشحنة الساكنة ، والتي تحدد كمية الكهرباء التي تمر عبر المقطع العرضي للسلك في ثانية واحدة عند 1 أمبير.

لا يحتوي أيون موجب على إلكترون واحد ، لذلك يمكنه بسهولة قبول إلكترون من جسيم سالب الشحنة. الأيون السالب ، بدوره ، يمكن أن يكون إما إلكترونًا واحدًا أو ذرة / جزيءًا يحتوي على عدد كبير من الإلكترونات. في كلتا الحالتين ، يوجد إلكترون يمكنه معادلة الشحنة الموجبة.

كيف يتم توليد الكهرباء الساكنة

الأسباب الرئيسية للكهرباء الساكنة:

• الاتصال بين مادتين وفصلهما عن بعضهما البعض (بما في ذلك الاحتكاك ، اللف / الفك ، إلخ).

• انخفاض سريع في درجة الحرارة (على سبيل المثال ، عند وضع المادة في الفرن).

• الإشعاع عالي الطاقة ، والأشعة فوق البنفسجية ، والأشعة السينية ، والمجالات الكهربائية القوية (غير شائعة في التطبيقات الصناعية).

• عمليات القطع (على سبيل المثال على آلات القطع أو آلات قطع الورق).

• دليل (الكهرباء الساكنة المولدة).

من المحتمل أن يكون التلامس مع السطح وفصل المواد من أكثر الأسباب شيوعًا للكهرباء الساكنة في صناعة الرول والصفائح البلاستيكية. تتولد الشحنة الساكنة أثناء فك / إعادة لف المواد أو حركة طبقات مختلفة من المواد بالنسبة لبعضها البعض.

هذه العملية ليست واضحة تمامًا ، ولكن يمكن الحصول على التفسير الأكثر صدقًا لظهور الكهرباء الساكنة في هذه الحالة عن طريق القياس مع مكثف مسطح ، حيث يتم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية عند فصل الألواح:

الإجهاد الناتج = الإجهاد الأولي x (تباعد اللوحة النهائية / تباعد اللوحة الأولية).

عندما يلامس الفيلم الاصطناعي بكرة التغذية / السحب ، تتسبب شحنة طفيفة تتدفق من المادة إلى الأسطوانة في حدوث خلل. وعندما تتغلب المادة على منطقة التلامس مع العمود ، يرتفع الجهد بنفس الطريقة كما في حالة مكثف لوحات في لحظة فصلهم.

تبين الممارسة أن سعة الجهد الناتج محدودة بسبب الانهيار الكهربائي الذي يحدث في الفجوة بين المواد المجاورة والتوصيل السطحي وعوامل أخرى. عند خروج الفيلم من منطقة التلامس ، يمكنك غالبًا سماع فرقعة طفيفة أو ملاحظة الشرر. يحدث هذا في الوقت الذي تصل فيه الشحنة الساكنة إلى قيمة كافية لتحطيم الهواء المحيط.

قبل ملامسة الأسطوانة ، يكون الفيلم الاصطناعي محايدًا كهربائيًا ، ولكن في عملية الحركة والتلامس مع أسطح التغذية ، يتم توجيه تدفق الإلكترونات إلى الفيلم وشحنه بشحنة سالبة. إذا كان العمود معدنيًا ومؤرضًا ، فسوف تستنزف شحنته الإيجابية بسرعة.

تحتوي معظم المعدات على العديد من الأعمدة ، وبالتالي يمكن أن يتغير مقدار الشحن وقطبته بشكل متكرر. أفضل طريقة للتحكم في الشحنات الساكنة هي قياسها بدقة في المنطقة الواقعة أمام منطقة المشكلة مباشرةً. إذا تم تحييد الشحنة في وقت مبكر جدًا ، فقد تتعافى قبل أن يصل الفيلم إلى منطقة المشكلة هذه.

إذا كان الكائن لديه القدرة على تخزين شحنة كبيرة وإذا كان هناك جهد عالٍ ، فإن الكهرباء الساكنة ستسبب مشاكل خطيرة مثل الانحناء أو التنافر / الجذب الكهروستاتيكي أو الصدمة الكهربائية للأفراد.

اشحن القطبية

يمكن أن تكون الشحنة الساكنة موجبة أو سالبة.بالنسبة للتيار المباشر (AC) والمحددات السلبية (الفرش) ، عادة ما تكون قطبية الشحن غير مهمة.

مشاكل الكهرباء الساكنة

تفريغ ثابت في الإلكترونيات

من الضروري الانتباه لهذه المشكلة ، حيث تحدث غالبًا عند العمل مع الكتل الإلكترونية والمكونات المستخدمة في أجهزة التحكم والقياس الحديثة.

في مجال الإلكترونيات ، يأتي الخطر الرئيسي المرتبط بالكهرباء الساكنة من الشخص الذي يحمل الشحنة ويجب عدم تجاهله. يولد تيار التفريغ حرارة ، مما يؤدي إلى وصلات مقطوعة ، وملامسات مكسورة ، وآثار دوائر دقيقة مكسورة. يعمل الجهد العالي أيضًا على تدمير طبقة الأكسيد الرقيقة الموجودة على ترانزستورات التأثير الميداني والعناصر المطلية الأخرى.

في كثير من الأحيان ، لا تفشل المكونات تمامًا ، وهو ما يمكن اعتباره أكثر خطورة ، حيث لا يظهر العطل على الفور ، ولكن في لحظة غير متوقعة أثناء تشغيل الجهاز.

كقاعدة عامة ، عند العمل مع الأجزاء والأجهزة الحساسة للكهرباء الساكنة ، يجب عليك دائمًا اتخاذ خطوات لتحييد الشحنات المتراكمة على جسمك.

الجاذبية / التنافر الكهروستاتيكي

ربما تكون هذه هي المشكلة الأكثر شيوعًا في صناعة البلاستيك والورق والمنسوجات والصناعات ذات الصلة. يتجلى ذلك في حقيقة أن المواد تغير سلوكها بشكل مستقل - فهي تلتصق ببعضها البعض أو ، على العكس من ذلك ، تتنافر ، وتلتصق بالمعدات ، وتجذب الغبار ، والرياح غير المنتظمة على جهاز الاستقبال ، وما إلى ذلك.

يحدث الجذب / التنافر وفقًا لقانون كولوم ، والذي يقوم على مبدأ عكس المربع. في أبسط أشكالها ، يتم التعبير عنها على النحو التالي:

قوة الجذب أو التنافر (بالنيوتن) = الشحنة (أ) × الشحنة (ب) / (المسافة بين الأشياء 2 (بالأمتار)).

لذلك ، ترتبط شدة هذا التأثير ارتباطًا مباشرًا بسعة الشحنة الساكنة والمسافة بين الأشياء الجذابة أو البغيضة. يحدث الجذب والتنافر في اتجاه خطوط المجال الكهربائي.

إذا كانت شحنتان لهما نفس القطبية ، فإنها تتنافر ؛ إذا كان العكس ، فإنهم يجذبون بعضهم البعض. إذا تم شحن أحد الأشياء ، فسيؤدي ذلك إلى جذب ، مما يؤدي إلى إنشاء صورة معكوسة للشحنة على الأشياء المحايدة.

خطر الحريق

مخاطر الحريق ليست مشكلة شائعة لجميع الصناعات. لكن احتمالية نشوب حريق عالية جدًا في الطباعة والأعمال الأخرى التي تستخدم المذيبات القابلة للاشتعال.

في المناطق الخطرة ، فإن أكثر مصادر الاشتعال شيوعًا هي المعدات غير المؤرضة والأسلاك المتحركة. إذا ارتدى عامل في منطقة خطرة أحذية رياضية أو أحذية ذات نعال غير موصلة للكهرباء ، فهناك خطر أن يولد جسمه شحنة يمكن أن تشتعل المذيبات. تعتبر الأجزاء الموصلة غير المؤرضة من الماكينة خطرة أيضًا. يجب تأريض كل شيء في منطقة الخطر بشكل صحيح.

توفر المعلومات التالية شرحًا موجزًا ​​لإمكانية الاشتعال للكهرباء الساكنة في البيئات القابلة للاشتعال. من المهم أن يكون التجار عديمي الخبرة على دراية بأنواع المعدات مسبقًا لتجنب الأخطاء في اختيار الأجهزة للاستخدام في مثل هذه الظروف.

تعتمد قدرة التفريغ على إحداث حريق على عدة متغيرات:

• نوع التخلص

• قوة التفريغ

• مصدر التفريغ

• طاقة التفريغ

• وجود بيئة قابلة للاشتعال (مذيبات في الطور الغازي أو غبار أو سوائل قابلة للاشتعال) ؛

• الحد الأدنى من طاقة الاشتعال (MEW) لوسط قابل للاشتعال.

أنواع التفريغ

هناك ثلاثة أنواع رئيسية - فرش شرارة وفرشاة وشرائح. في هذه الحالة ، لا يؤخذ تفريغ الشريان التاجي في الاعتبار ، لأنه ليس شديد النشاط ويحدث ببطء شديد. تفريغ كورونا غير ضار بشكل عام ويجب ألا يؤخذ في الاعتبار إلا في المناطق التي ترتفع فيها مخاطر الحريق والانفجار.

تصريف صادق

يأتي بشكل أساسي من جسم متوسط ​​التوصيل ومعزول كهربائيًا. يمكن أن يكون جسمًا بشريًا أو جزءًا من آلة أو أداة. من المفترض أن كل طاقة الشحنة تتبدد في لحظة الشرارة. إذا كانت الطاقة أعلى من MEW لبخار المذيب ، فقد يحدث اشتعال.

يتم حساب طاقة الشرارة على النحو التالي: E (بالجول) = ½ C U2.

إفرازات من اليدين

يحدث تفريغ الفرشاة عندما تقوم القطع الحادة من المعدات بتركيز الشحنة على أسطح المواد العازلة التي تتسبب خصائصها العازلة في تراكمها. تفريغ الفرشاة لديه طاقة أقل من تفريغ شرارة وبالتالي يمثل خطر الاشتعال أقل.

انتشر بفرشاة منزلقة

يحدث رش الفرشاة المنزلقة على صفائح أو لفافات من مواد تركيبية عالية المقاومة مع كثافة شحن متزايدة وأقطاب شحنة مختلفة على كل جانب من جوانب الشبكة. يمكن أن تحدث هذه الظاهرة عن طريق فرك أو رش مسحوق الطلاء. التأثير مشابه لتفريغ مكثف مسطح ويمكن أن يكون بنفس خطورة تفريغ شرارة.

مصدر القوة والطاقة

حجم توزيع الشحنات وهندستها من العوامل المهمة. كلما زاد حجم الجسم ، زادت الطاقة التي يحتوي عليها. تزيد الزوايا الحادة من قوة المجال وتحافظ على التفريغ.

قوة التفريغ

إذا كان جسم مع طاقة لا يتصرف بشكل جيد كهرباءعلى سبيل المثال ، جسم الإنسان ، ستضعف مقاومة الكائن الطرد وتقليل الخطر. بالنسبة لجسم الإنسان ، هناك قاعدة أساسية: افترض أن جميع المذيبات التي تقل طاقة الاشتعال الداخلي فيها عن 100 مللي جول يمكن أن تشتعل ، على الرغم من حقيقة أن الطاقة الموجودة في الجسم يمكن أن تكون أعلى من 2 إلى 3 مرات.

الحد الأدنى من طاقة الإشعال MEW

يعتبر الحد الأدنى من طاقة الاشتعال للمذيبات وتركيزها في المنطقة الخطرة من العوامل المهمة للغاية. إذا كانت طاقة الاشتعال الدنيا أقل من طاقة التفريغ ، فهناك خطر نشوب حريق.

صدمة كهربائية

يتم إيلاء المزيد والمزيد من الاهتمام لمسألة خطر حدوث صدمة ثابتة في مؤسسة صناعية. هذا يرجع إلى زيادة كبيرة في متطلبات الصحة والسلامة المهنية.

الصدمة الكهربائية الناتجة عن الكهرباء الساكنة ليست خطيرة بشكل خاص. إنه مجرد مزعج وغالبًا ما يسبب ردود فعل شديدة.

هناك سببان شائعان للصدمة الساكنة:

الشحنة المستحثة

إذا كان الشخص في مجال كهربائي ويحمل شيئًا مشحونًا ، مثل بكرة فيلم ، فمن الممكن أن يصبح جسمه مشحونًا.

تظل الشحنة في جسم المشغل إذا كان يرتدي حذاءًا بنعال عازلة حتى يلمس الجهاز المؤرض. تتدفق الشحنة إلى الأرض وتضرب الشخص. يحدث هذا أيضًا عندما يلمس المشغل أشياء أو مواد مشحونة - بسبب الأحذية العازلة ، تتراكم الشحنة في الجسم. عندما يلمس المشغل الأجزاء المعدنية للجهاز ، يمكن تفريغ الشحنة مما يتسبب في حدوث صدمة كهربائية.

عندما يمشي الناس على سجاد اصطناعي ، تتولد الكهرباء الساكنة عن طريق التلامس بين السجادة والحذاء. يحدث الصدمات الكهربائية التي يتعرض لها السائقون عندما يخرجون من سياراتهم بسبب شحنة تراكمت بين المقعد وملابسهم عند النهوض. حل هذه المشكلة هو لمس جزء معدني من السيارة ، مثل إطار الباب ، قبل الرفع من المقعد. هذا يسمح للشحنة بالتسرب بأمان إلى الأرض من خلال هيكل السيارة والإطارات.

تسبب المعدات في حدوث صدمة كهربائية

مثل هذه الصدمة الكهربائية ممكنة ، على الرغم من أنها تحدث في كثير من الأحيان أقل بكثير من الضرر الناجم عن المادة.

إذا كانت بكرة السحب تحتوي على شحنة كبيرة ، فيحدث أن أصابع المشغل تركز الشحنة لدرجة أنها تصل إلى نقطة الانكسار ويحدث تفريغ. أيضًا ، إذا كان جسم معدني غير مؤرض في مجال كهربائي ، فيمكن أن يصبح مشحونًا بشحنة مستحثة. نظرًا لأن الجسم المعدني موصل للكهرباء ، فإن الشحنة المتنقلة ستخرج إلى الشخص الذي يلمس الجسم.