ไฟฟ้าสถิตย์คืออะไร เกิดขึ้นได้อย่างไร และปัญหาที่เกี่ยวข้อง

ไฟฟ้าสถิตคืออะไร

ไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นเมื่อสมดุลภายในอะตอมหรือภายในโมเลกุลถูกรบกวนเนื่องจากการได้รับหรือการสูญเสียอิเล็กตรอน โดยปกติแล้ว อะตอมจะอยู่ในสภาวะสมดุลเนื่องจากมีจำนวนอนุภาคบวกและลบเท่ากัน นั่นคือ โปรตอนและอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่จากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งได้อย่างง่ายดาย ในเวลาเดียวกัน พวกมันก่อตัวเป็นไอออนบวก (ที่ไม่มีอิเล็กตรอน) หรือไอออนลบ (อิเล็กตรอนเดี่ยวหรืออะตอมที่มีอิเล็กตรอนเกิน) เมื่อความไม่สมดุลนี้เกิดขึ้น ไฟฟ้าสถิตจะถูกสร้างขึ้น

สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมดูที่นี่: เกี่ยวกับไฟฟ้าสถิตในรูปภาพ

ประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอน — ( -) 1.6 x 10-19 จี้ โปรตอนที่มีประจุเท่ากันจะมีขั้วเป็นบวก ประจุไฟฟ้าสถิตในคูลอมบ์เป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนอิเล็กตรอนที่มากเกินไปหรือขาดหายไป เช่น จำนวนไอออนที่ไม่เสถียร

จี้เป็นหน่วยพื้นฐานของประจุไฟฟ้าสถิต ซึ่งกำหนดปริมาณไฟฟ้าที่ผ่านหน้าตัดของเส้นลวดใน 1 วินาทีที่ 1 แอมแปร์

ไอออนบวกไม่มีอิเล็กตรอนตัวเดียว ดังนั้นจึงสามารถรับอิเล็กตรอนจากอนุภาคที่มีประจุลบได้ง่าย ในทางกลับกัน ไอออนลบสามารถเป็นได้ทั้งอิเล็กตรอนเดี่ยวหรืออะตอม/โมเลกุลที่มีอิเล็กตรอนจำนวนมาก ในทั้งสองกรณีมีอิเล็กตรอนที่สามารถทำให้ประจุบวกเป็นกลางได้

ไฟฟ้าสถิตย์เกิดขึ้นได้อย่างไร

สาเหตุหลักของไฟฟ้าสถิตย์:

• การสัมผัสระหว่างวัสดุสองชนิดและการแยกออกจากกัน (รวมถึงการถู การกลิ้ง / การคลาย ฯลฯ)

• อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็ว (เช่น เมื่อวางวัสดุไว้ในเตาอบ)

• รังสีพลังงานสูง, รังสีอัลตราไวโอเลต, รังสีเอกซ์, สนามไฟฟ้าแรงสูง (ไม่พบบ่อยในงานอุตสาหกรรม)

• การตัด (เช่น บนเครื่องตัดหรือเครื่องตัดกระดาษ)

• คู่มือการใช้งาน (ไฟฟ้าสถิตย์)

การสัมผัสพื้นผิวและการแยกตัวของวัสดุอาจเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของไฟฟ้าสถิตในอุตสาหกรรมฟิล์มม้วนและแผ่นพลาสติก ประจุไฟฟ้าสถิตจะเกิดขึ้นระหว่างการคลาย/การม้วนวัสดุหรือการเคลื่อนตัวของชั้นวัสดุต่างๆ ที่สัมพันธ์กัน

กระบวนการนี้ไม่ชัดเจนอย่างสมบูรณ์ แต่คำอธิบายที่แท้จริงที่สุดสำหรับการปรากฏตัวของไฟฟ้าสถิตย์ในกรณีนี้สามารถหาได้จากการเปรียบเทียบกับตัวเก็บประจุแบบแบน ซึ่งพลังงานกลจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าเมื่อแผ่นแยกออกจากกัน:

ความเครียดที่เกิดขึ้น = ความเครียดเริ่มต้น x (ระยะห่างของแผ่นสุดท้าย / ระยะห่างของแผ่นเริ่มต้น)

เมื่อฟิล์มสังเคราะห์สัมผัสลูกกลิ้งป้อน / ดึง ประจุไฟฟ้าเล็กน้อยที่ไหลจากวัสดุไปยังลูกกลิ้งทำให้เกิดความไม่สมดุล เมื่อวัสดุเกินพื้นที่สัมผัสกับเพลา แรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นในลักษณะเดียวกับในกรณีของ แผ่นตัวเก็บประจุในขณะที่แยกออกจากกัน

การปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าแอมพลิจูดของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นมีจำกัดเนื่องจากการสลายตัวทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในช่องว่างระหว่างวัสดุที่อยู่ติดกัน สภาพการนำไฟฟ้าของพื้นผิว และปัจจัยอื่นๆ ที่ทางออกของฟิล์มจากพื้นที่สัมผัส คุณมักจะได้ยินเสียงแตกเล็กน้อยหรือสังเกตเห็นประกายไฟ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นในขณะที่ประจุไฟฟ้าสถิตถึงค่าที่เพียงพอในการสลายอากาศโดยรอบ

ก่อนสัมผัสกับม้วนฟิล์มสังเคราะห์จะเป็นกลางทางไฟฟ้า แต่ในกระบวนการเคลื่อนที่และสัมผัสกับพื้นผิวป้อน การไหลของอิเล็กตรอนจะถูกส่งตรงไปยังฟิล์มและชาร์จด้วยประจุลบ หากเพลาเป็นโลหะและมีสายดิน ประจุบวกจะระบายออกอย่างรวดเร็ว

อุปกรณ์ส่วนใหญ่มีเพลาจำนวนมาก ดังนั้นปริมาณของประจุและขั้วของประจุจึงเปลี่ยนแปลงได้บ่อย วิธีที่ดีที่สุดในการควบคุมประจุไฟฟ้าสถิตคือการวัดอย่างแม่นยำในบริเวณด้านหน้าของบริเวณที่มีปัญหา หากประจุถูกทำให้เป็นกลางเร็วเกินไป ประจุอาจฟื้นตัวก่อนที่ฟิล์มจะมาถึงบริเวณที่เกิดปัญหานี้

หากวัตถุมีความสามารถในการเก็บประจุไฟฟ้าได้มากและหากมีไฟฟ้าแรงสูง ไฟฟ้าสถิตย์จะทำให้เกิดปัญหาร้ายแรง เช่น การเกิดประกายไฟ แรงผลัก/แรงดึงดูดของไฟฟ้าสถิต หรือไฟฟ้าช็อตต่อบุคลากร

ชาร์จขั้ว

ประจุไฟฟ้าสถิตอาจเป็นบวกหรือลบก็ได้สำหรับไฟฟ้ากระแสตรง (AC) และพาสซีฟลิมิตเตอร์ (แปรงถ่าน) ขั้วของประจุมักไม่สำคัญ

ปัญหาไฟฟ้าสถิต

ไฟฟ้าสถิตย์ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

จำเป็นต้องให้ความสนใจกับปัญหานี้ เนื่องจากมักเกิดขึ้นเมื่อทำงานกับบล็อกอิเล็กทรอนิกส์และส่วนประกอบที่ใช้ในอุปกรณ์ควบคุมและการวัดที่ทันสมัย

สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อันตรายหลักที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้าสถิตย์มาจากผู้ที่ถือประจุไฟฟ้าและไม่ควรเพิกเฉย กระแสไฟที่ปล่อยออกมาจะสร้างความร้อน ซึ่งนำไปสู่การเชื่อมต่อที่ขาดหาย หน้าสัมผัสขาด และร่องรอยของไมโครเซอร์กิตที่ขาด ไฟฟ้าแรงสูงยังทำลายฟิล์มออกไซด์บาง ๆ บนทรานซิสเตอร์ฟิลด์เอฟเฟกต์และองค์ประกอบเคลือบอื่น ๆ

บ่อยครั้งที่ส่วนประกอบไม่ล้มเหลวอย่างสมบูรณ์ซึ่งอาจเป็นอันตรายยิ่งกว่าเนื่องจากความผิดปกติไม่ปรากฏขึ้นทันที แต่ในช่วงเวลาที่ไม่สามารถคาดเดาได้ระหว่างการทำงานของอุปกรณ์

ตามกฎทั่วไป เมื่อทำงานกับชิ้นส่วนและอุปกรณ์ที่ไวต่อไฟฟ้าสถิต คุณควรดำเนินการเพื่อทำให้ประจุที่สะสมในร่างกายของคุณเป็นกลาง

แรงดึงดูด/แรงผลักของไฟฟ้าสถิต

นี่อาจเป็นปัญหาที่พบบ่อยที่สุดในอุตสาหกรรมพลาสติก กระดาษ สิ่งทอ และอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง มันแสดงให้เห็นในความจริงที่ว่าวัสดุเปลี่ยนพฤติกรรมอย่างอิสระ - พวกมันติดกันหรือตรงกันข้าม ขับไล่ ติดกับอุปกรณ์ ดึงดูดฝุ่น ลมผิดปกติบนอุปกรณ์รับ ฯลฯ

แรงดึงดูด/แรงผลักเกิดขึ้นตามกฎของคูลอมบ์ซึ่งอิงตามหลักการตรงข้ามของกำลังสอง ในรูปแบบที่ง่ายที่สุดจะแสดงดังนี้:

แรงดึงดูดหรือแรงผลัก (เป็นนิวตัน) = ประจุ (A) x ประจุ (B) / (ระยะห่างระหว่างวัตถุ 2 (เป็นเมตร))

ดังนั้น ความเข้มของเอฟเฟกต์นี้จึงเกี่ยวข้องโดยตรงกับแอมพลิจูดของประจุไฟฟ้าสถิตและระยะห่างระหว่างวัตถุที่น่าดึงดูดหรือน่ารังเกียจ แรงดึงดูดและแรงผลักเกิดขึ้นในทิศทางของเส้นสนามไฟฟ้า

ถ้าสองประจุมีขั้วเดียวกัน มันจะผลักกัน ถ้าตรงกันข้ามก็ดึงดูดซึ่งกันและกัน หากมีวัตถุใดวัตถุหนึ่งมีประจุ จะทำให้เกิดแรงดึงดูด สร้างภาพสะท้อนของประจุบนวัตถุที่เป็นกลาง

เสี่ยงต่อการเกิดไฟไหม้

ความเสี่ยงจากอัคคีภัยไม่ใช่ปัญหาทั่วไปสำหรับทุกอุตสาหกรรม แต่โอกาสเกิดไฟไหม้มีสูงมากในธุรกิจการพิมพ์และธุรกิจอื่นๆ ที่ใช้ตัวทำละลายไวไฟ

ในพื้นที่อันตราย แหล่งกำเนิดประกายไฟที่พบบ่อยที่สุดคืออุปกรณ์ที่ไม่มีสายดินและสายไฟที่เคลื่อนที่ได้ หากผู้ปฏิบัติงานในพื้นที่อันตรายสวมรองเท้ากีฬาหรือรองเท้าที่มีพื้นรองเท้าที่ไม่นำไฟฟ้า มีความเสี่ยงที่ร่างกายของเขาจะสร้างประจุไฟฟ้าที่สามารถจุดประกายตัวทำละลายได้ ชิ้นส่วนที่นำไฟฟ้าที่ไม่มีเหตุผลของเครื่องจักรก็เป็นอันตรายเช่นกัน ทุกสิ่งที่อยู่ในเขตอันตรายจะต้องต่อลงดินอย่างเหมาะสม

ข้อมูลต่อไปนี้ให้คำอธิบายสั้น ๆ เกี่ยวกับศักยภาพการติดไฟของไฟฟ้าสถิตย์ในสภาพแวดล้อมที่ไวไฟ สิ่งสำคัญคือผู้ค้าที่ไม่มีประสบการณ์ควรทราบประเภทของอุปกรณ์ล่วงหน้าเพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการเลือกอุปกรณ์เพื่อใช้ในสภาวะดังกล่าว

ความสามารถของการปล่อยเพื่อทำให้เกิดไฟไหม้ขึ้นอยู่กับตัวแปรหลายอย่าง:

• ประเภทของการกำจัด

• กำลังไฟ;

• แหล่งที่มาของการปล่อย;

• ปล่อยพลังงาน

• การปรากฏตัวของสภาพแวดล้อมที่ติดไฟได้ (ตัวทำละลายในเฟสก๊าซ ฝุ่น หรือของเหลวไวไฟ)

• พลังงานจุดติดไฟขั้นต่ำ (MEW) ของสารไวไฟ

ประเภทของการปลดปล่อย

มีสามประเภทหลัก ได้แก่ แปรงแบบประกายไฟ แปรง และแปรงเลื่อน ในกรณีนี้จะไม่คำนึงถึงการไหลเวียนของหลอดเลือดหัวใจเนื่องจากไม่มีพลังงานมากและเกิดขึ้นค่อนข้างช้า โดยทั่วไปแล้วการปล่อยโคโรนาจะไม่เป็นอันตรายและควรพิจารณาในพื้นที่ที่มีอันตรายจากไฟไหม้และการระเบิดสูงมากเท่านั้น

การปลดปล่อยอย่างจริงใจ

ส่วนใหญ่มาจากวัตถุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและเป็นฉนวนไฟฟ้า อาจเป็นร่างกายมนุษย์ ส่วนหนึ่งของเครื่องจักรหรือเครื่องมือก็ได้ สันนิษฐานว่าพลังงานทั้งหมดของประจุจะหายไปในขณะที่เกิดประกายไฟ ถ้าพลังงานสูงกว่า MEW ของไอตัวทำละลาย อาจเกิดการจุดระเบิดได้

พลังงานประกายไฟคำนวณดังนี้: E (เป็นจูล) = ½ C U2

ปล่อยออกจากมือ

การคายประจุของแปรงเกิดขึ้นเมื่อชิ้นส่วนอุปกรณ์มีคมรวมประจุบนพื้นผิวของวัสดุไดอิเล็กตริกซึ่งมีคุณสมบัติเป็นฉนวนทำให้เกิดการสะสม การคายประจุของแปรงถ่านมีพลังงานต่ำกว่าการคายประจุของประกายไฟ ดังนั้นจึงทำให้เกิดอันตรายจากการจุดระเบิดน้อยกว่า

เกลี่ยด้วยแปรงเลื่อน

การพ่นด้วยแปรงแบบเลื่อนเกิดขึ้นบนแผ่นหรือม้วนของวัสดุสังเคราะห์ที่มีความต้านทานสูงซึ่งมีความหนาแน่นของประจุเพิ่มขึ้นและมีขั้วของประจุต่างกันในแต่ละด้านของราง ปรากฏการณ์นี้อาจเกิดจากการถูหรือพ่นสีฝุ่น ผลกระทบนี้เปรียบได้กับการคายประจุของตัวเก็บประจุแบบแบน และอาจเป็นอันตรายพอๆ กับการปล่อยประกายไฟ

แหล่งที่มาของพลังงานและพลังงาน

ขนาดและรูปทรงเรขาคณิตของการกระจายประจุเป็นปัจจัยสำคัญ ยิ่งร่างกายมีปริมาตรมากเท่าใดก็ยิ่งมีพลังงานมากเท่านั้น มุมที่แหลมคมช่วยเพิ่มความแรงของสนามและรักษาการคายประจุ

ปล่อยพลัง

ถ้าวัตถุมีพลังงานประพฤติไม่ดี ไฟฟ้าเช่น ร่างกายมนุษย์ แรงต้านของวัตถุจะทำให้แรงขับลดลงและลดอันตราย สำหรับร่างกายมนุษย์ มีกฎพื้นฐาน: สมมติว่าตัวทำละลายทั้งหมดที่มีพลังงานการจุดระเบิดภายในขั้นต่ำน้อยกว่า 100 mJ สามารถติดไฟได้ แม้ว่าพลังงานที่มีอยู่ในร่างกายจะสูง 2 ถึง 3 เท่าก็ตาม

พลังงานการจุดระเบิดขั้นต่ำ MEW

พลังงานจุดติดไฟขั้นต่ำของตัวทำละลายและความเข้มข้นในพื้นที่อันตรายเป็นปัจจัยที่สำคัญมาก หากพลังงานจุดระเบิดขั้นต่ำต่ำกว่าพลังงานที่ปล่อยออกมา มีความเสี่ยงที่จะเกิดไฟไหม้

ไฟฟ้าช็อต

มีการให้ความสนใจมากขึ้นเรื่อย ๆ กับคำถามเกี่ยวกับความเสี่ยงของไฟฟ้าสถิตย์ในองค์กรอุตสาหกรรม นี่เป็นเพราะข้อกำหนดด้านอาชีวอนามัยและความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก

ไฟฟ้าช็อตที่เกิดจากไฟฟ้าสถิตโดยทั่วไปไม่เป็นอันตรายอย่างยิ่ง มันไม่เป็นที่พอใจและมักทำให้เกิดปฏิกิริยารุนแรง

ไฟฟ้าสถิตย์มีสาเหตุที่พบบ่อยสองประการ:

ค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้น

ถ้าคนๆ หนึ่งอยู่ในสนามไฟฟ้าและถือวัตถุที่มีประจุ เช่น ม้วนฟิล์ม เป็นไปได้ที่ร่างกายของเขาจะมีประจุไฟฟ้า

ประจุจะยังคงอยู่ในร่างกายของผู้ปฏิบัติงานหากสวมรองเท้าที่มีพื้นรองเท้าเป็นฉนวนจนกว่าจะสัมผัสกับอุปกรณ์ที่ต่อสายดิน ประจุจะไหลลงสู่พื้นและโดนคน สิ่งนี้ยังเกิดขึ้นเมื่อผู้ปฏิบัติงานสัมผัสกับวัตถุหรือวัสดุที่มีประจุ — เนื่องจากรองเท้าหุ้มฉนวน ประจุจึงสะสมในร่างกาย เมื่อผู้ปฏิบัติงานสัมผัสส่วนที่เป็นโลหะของอุปกรณ์ ประจุอาจถูกปล่อยออกมาและทำให้เกิดไฟฟ้าช็อตได้

เมื่อผู้คนเดินบนพรมสังเคราะห์ ไฟฟ้าสถิตย์จะเกิดขึ้นจากการสัมผัสระหว่างพรมกับรองเท้า ไฟฟ้าช็อตที่คนขับได้รับเมื่อลงจากรถจะถูกกระตุ้นโดยประจุที่สะสมระหว่างที่นั่งกับเสื้อผ้าเมื่อลุกขึ้น วิธีแก้ไขปัญหานี้คือการสัมผัสส่วนที่เป็นโลหะของรถ เช่น กรอบประตู ก่อนยกขึ้นจากที่นั่ง วิธีนี้ช่วยให้ประจุไหลลงสู่พื้นได้อย่างปลอดภัยผ่านตัวรถและยาง

อุปกรณ์ทำให้เกิดไฟฟ้าช็อต

ไฟฟ้าช็อตดังกล่าวเป็นไปได้แม้ว่าจะเกิดขึ้นน้อยกว่าความเสียหายที่เกิดจากวัสดุ

หากล้อม้วนเก็บมีประจุไฟฟ้ามาก นิ้วมือของผู้ปฏิบัติงานจะรวมประจุไว้ที่จุดแตกหักและเกิดการคายประจุ นอกจากนี้ หากวัตถุโลหะที่ไม่มีมูลอยู่ในสนามไฟฟ้า วัตถุนั้นจะถูกประจุด้วยประจุไฟฟ้าเหนี่ยวนำ เนื่องจากวัตถุที่เป็นโลหะนั้นนำไฟฟ้าได้ ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่จะไหลออกไปยังผู้ที่สัมผัสวัตถุนั้น