что такое статическое напряжение у человека
Научная электронная библиотека
1.4 Физиологические особенности функционирования организма человека в условиях статического электричества
В зависимости от знака, величины и места накопления электростатического заряда, электрическое поле, им созданное, может оказывать негативное влияние на организм человека и даже представлять опасность его здоровью 18.
Влияние электрического поля на живой организм достаточно сложно, так как система управления живого организма построена на нейро-электрических импульсах (смертельным уровнем тока для человека является 0,1А). Кроме этого, воздействие электрической энергии связано с возникновением электрического разряда через газовый промежуток, который не менее опасен. При газовом разряде концентрация на малой площади огромной температуры (до 20000 К) приводит к появлению огромной тепловой энергии. Этот мощный тепловой поток и является основным поражающим фактором при воздействии электрического разряда, вызывающим возгорание одежды и сильные ожоги (нередко с летальным исходом).
Причины и источники
Электрическое поле, источник которого находится вне человеческого организма, разрушает работу центральной нервной системы и сердечно-сосудистой системы этих систем, нормальное функционирование которых основано на внутренних электрических процессах определенной частоты.
Снижение активности головного мозга, нарушения в работе сердца
образующийся на коже человека (трибоэлектризация)
Пробой и воспламенение производственных газовых смесей
Ожоги различной степени (в том числе открытым пламенем), разрушение кожных покровов, мышечной и костной ткани
Продолжение таблицы 1.3
Под действием внешнего электрического поля возникает направленное движение неполярных молекул, катионов и анионов, обеспечивающих жизнедеятельность человека.
Нарушение нормального функционирования организма
Резкое непроизвольное движение частей тела под действием электрического разряда или его последствий.
Механические повреждения о расположенные вблизи предметы, в результате падения.
Обычная одежда под воздействием тепловой энергии мгновенно вспыхивает, синтетические волокна плавятся прямо на коже человека, усиливая страдания и увеличивая степень ожогов. Все это происходит за доли секунды и оказать помощь практически невозможно [17]. Комплекс физиологических воздействий, которые оказывает на человека электрическое поле, и обусловленный полем электрический ток, условно делят на четыре вида [2, 18-20] (таблица 1.3).
Сведения, представленные в таблице, показывают, что воздействия на человека статического электричества приводят к разносторонним изменениям в организме и представляют угрозу его жизни и здоровью.
Отрицательное биологическое воздействие большинства синтетических материалов свидетельствуют о том, что к выбору одежды в целом, и специальной защитной одежды в том числе, необходимо подходить очень внимательно [7].
Что такое статическое электричество и как с ним бороться?
Понятие о статическом электричестве знакомо всем из школьного курса физики. Статическое электричество возникает в процессе появления зарядов на проводниках, поверхностях различных предметов. Появляются они в результате трения, возникающего при соприкосновении предметов.
Что это такое — статическое электричество
Все вещества состоят из атомов. В атоме находится ядро, вокруг которого расположены в одинаковом количестве электроны и протоны. Они способны перемещаться из одного атома в другой. При движении формируются отрицательные и положительные ионы. Их дисбаланс приводит к тому, что возникает статика. Статический заряд протонов и электронов в атоме одинаков, но имеет разную полярность.
Статика появляется в быту. Статический разряд может происходить при низких токах, но высоких напряжениях. Опасности для людей в этом случае нет, но разряд опасен для электроприборов. Во время разряда страдают микропроцессоры, транзисторы и другие элементы схемы.
Причины возникновения статистического электричества
Возникает статика при следующих состояниях:
Заряд появляется в результате электрической индукции. На металлических корпусах автомобилей в сухое время года создаются большие электрические заряды. Экран телевизора или монитор компьютера способен заряжаться от воздействия луча, создаваемого в электронно-лучевой трубке.
Вред и польза от статистического электричества
Статический заряд пытались использовать многие ученые и изобретатели. Создавались громоздкие агрегаты, польза от которых была низкой. Полезным оказалось открытие учеными коронного разряда. Он широко используется в промышленности. С помощью электростатического заряда красят сложные поверхности, очищают газы от примесей. Все это хорошо, но существуют и многочисленные проблемы. Электроудары бывают большой мощности. Они способны иногда поражать человека. Это случается и дома, и на рабочем месте.
Вред статического электричества проявляется в ударах разной мощности при снятии синтетического свитера, при выходе из автомобиля, включении и выключении кухонного комбайна и пылесоса, ноутбука и микроволновой печи. Эти удары могут оказаться вредными.
Возникает статическое электричество, которое сказывается на работе сердечно-сосудистой и нервной систем. От него следует защищаться. Сам человек тоже часто является переносчиком зарядов. При соприкосновении с поверхностями электроприборов происходит их электризация. Если это контрольно-измерительный прибор, дело может окончиться его поломкой.
Ток разряда, принесенного человеком, своим теплом разрушает соединения, разрывает дорожки микросхем, уничтожает пленку полевых транзисторов. В результате схема приходит в негодность. Чаще всего это происходит не сразу, а на любом этапе в процессе работы инструмента.
На предприятиях, обрабатывающих бумагу, пластмассу, текстиль, материалы часто ведут себя неправильно. Они склеиваются друг с другом, прилипают к различным видам оборудования, отталкиваются, собирают много пыли на себя, наматываются неправильно на катушки или бобины. Виной этого является возникновение статического электричества. Два одинаковых по полярности заряда отталкиваются друг от друга. Иные, один из которых заряжен положительно, а другой — отрицательно, притягиваются. Так же ведут себя и заряженные материалы.
На полиграфических предприятиях и в других местах, где используются в работе легковоспламеняющиеся растворители, возможно возникновение пожара. Это происходит в тех случаях, когда на операторе надета обувь с токонепроводящей подошвой, а оборудование не имеет правильного заземления. Способность возгорания зависит от следующих факторов:
Разряды бывают искровыми, кистевыми, скользящими кистевыми. От человека исходит искровой разряд. Кистевой возникает на заостренных частях оборудования. Энергия его настолько мала, что он практически не вызывает угрозы пожара. Кистевой разряд скользящий возникает на листовых синтетических, а также на рулонных материалах с разными зарядами на каждой стороне полотна. Опасность он представляет такую же, как искровой разряд.
Длительное пребывание в заряженной зоне приводит к раздражительности человека, к снижению аппетита, ухудшению сна.
Пыль из производственного помещения удаляется с помощью вентиляции. Она скапливается в трубах и может воспламениться от статистического искрового разряда.
Как снять статическое электричество с человека
Самое простейшее средство защиты от него — заземление оборудования. В условиях производства используются для этой цели экраны и иные приспособления. В жидких веществах применяются специальные растворители и присадки. Активно используются антистатические растворы. Это вещества с низкой молекулярной массой. Молекулы в антистатике легко перемещаются и вступают в реакцию с влагой, содержащейся в воздухе. За счет этой характеристики с человека снимается статика.
Хорошо помогает проведение ионизации. Делается это с помощью антистатической планки. Она имеет много иголок из специальных сплавов. Под действием тока в 4-7кВ воздух вокруг разлагается на ионы. Используются и воздушные ножи. Они представляют собой антистатическую планку, через которую вдувается воздух и очищает поверхность. Заряды статики активно образуются при разбрызгивании жидкостей, обладающих диэлектрическими свойствами. Поэтому для снижения действия электронов нельзя допускать падающей струи.
Желательно использовать антистатический линолеум на полу и чаще проводить уборку с помощью средств бытовой химии. На предприятиях, связанных с обработкой тканей или бумаги, проблему избавления от статики решают смачиванием материалов. Повышение влажности не дает накапливаться вредному электричеству.
Чтобы снять статику, необходимо:
Хорошо увлажняют атмосферу комнатные цветы, кипящий чайник, специальные приспособления. Антистатические составы продаются в магазинах бытовой химии. Они распыляются над ковровой поверхностью. Можно изготовить антистатик самостоятельно. Для этого берут смягчитель ткани (1 колпачок), выливают в бутылку. Затем емкость наполняется чистой водой, которую разбрызгивают над поверхностью ковра. Салфетки, смоченные антистатиком, нейтрализуют заряды на обивке сидений.
Увлажнение кожи производится лосьоном после душа. Руки протираются несколько раз в день. Следует поменять одежду на натуральную. Если она заряжается, обработать антистатиками. Рекомендуется носить обувь с кожаной подошвой или ходить по дому босиком. Перед стиркой желательно насыпать на одежду ¼ стакана соды (пищевой). Она снимает разряды электричества и смягчает ткань. При полоскании белья можно добавить в машину уксус (¼ стакана). Сушить белье лучше на свежем воздухе.
Все перечисленные меры помогают нейтрализовать статические проблемы.
Как самостоятельно избавиться от статического электричества
История открытия электричества
Что такое шаговое напряжение и как покинуть опасную зону
Что такое короткое замыкание по-простому?
Что такое электрофорная машина и как она работает?
В чём и как измеряется емкость аккумулятора?
Статическое напряжение и методы устранения
С явлением этим сталкивался каждый из нас. Всем знакомы искры и потрескивания в волосах при снятии синтетической одежды или неприятные разряды электрического тока при прикосновении к металлическим предметам, другому человеку или животными. Происходит это благодаря статическому электричеству – разряду электростатического заряда накапливающегося под воздействием многих факторов на поверхности различных предметов, в том числе и человеческого тела.
Причинами накопления зарядов являются нестойкие атомарные связи, приводящие к потере электронов и накопления электрического положительного заряда. Спровоцировано это может быть различными излучениями (рентгеновским, ультрафиолетовым, радиациями), некоторыми технологическими и физическим процессами, среди которых пальма первенства принадлежит трению. Например, образуются статические заряды при трении жидкостей о стенки трубопроводов, одежды из синтетики, кузова автомобиля о воздух или подвижных частей технологического оборудования, что является причиной возникновения статического электрического потенциала, который может достигать:
Попробуем разобраться, насколько опасны такие величины статического напряжения, и каким образом с ними бороться.
Вредные воздействия электростатического напряжения
Величина электрического тока, возникающая при электростатическом разряде, угрозы жизни человека не представляет. Ограниченная мощностью разряда она составляет доли миллиампера и вызывает лишь кратковременное болевое ощущение, однако, длительное нахождение под воздействием электростатики влечет за собой проблемы центральной нервной системы и нарушения психики. Кроме того из-за рефлекторных реакций человека в производственных условиях возрастает риск травматизма.
Более критична к статическому напряжению дорогостоящая техника, в частности чувствительная электроника. Накопления статического потенциала могут выводить из строя полупроводниковые приборы, приводить к порче элементы микроэлектроники, в том числе и при производстве аппаратуры. Но главная опасность статики в производственных условиях (для взрывоопасных и пожароопасных производств) таится в том, что при возможных разрядах возникают искры, энергии которых достаточно для воспламенения присутствующих в воздухе примесей.
Меры защиты от статического напряжения
Избавиться от возникновения электростатического напряжения, как от физического явления невозможно, однако можно существенно снизить или полностью нейтрализовать его влияние. В бытовых условиях эффективной мерой является увлажнение воздуха, так уже при относительной влажности в 85% накопления электростатического заряда практически не происходит. Среди других мер можно упомянуть:
Основной мерой защиты от статического напряжения в производственных условиях является защитное заземление любого оборудования и предметов, способных накапливать электрические заряды. Благодаря надежному соединению с заземляющим контуром заряды стекают в землю, исключая возможность их накопления. При организации рабочих мест, связанных со сборкой и наладкой высокочувствительной электроники, заземлению подвергается стол, токопроводящее напольное покрытие и сиденье стула, сам оператор одет в токопроводящую одежду и обувь, в ряде случаев используется заземление инструмента и заземляющие браслеты.
Как правило, заземление справляется с проблемами снятия статического напряжения, тем не менее, для уменьшения его воздействия применяют:
Применение комплекса защитных мер позволяет полностью снять статическое напряжение.
Физика города: откуда берется статическое электричество и как от него избавиться
Иллюстрация: Полина Бреева
Статическое электричество – это явление, спровоцированное появлением или исчезновением избыточного напряжения на поверхности или внутри материалов, не проводящих электрический ток (стекла, пластика и других). Их называют диэлектриками, в их молекулярной структуре почти отсутствуют свободные электроны. Как появляется этот эффект и каким образом с ним можно бороться, объяснили наши друзья из Детского центра научных открытий «ИнноПарк».
Статическое электричество появляется из-за нарушения равновесия внутри атома или молекулы. На внешних орбиталях образуется избыточное количество электронов либо их, наоборот, становится недостаточно. Наиболее распространенная причина нарушения этого равновесия – трение. Даже самая гладкая, зеркальная поверхность имеет микровыступы, неровности, шероховатости. Трение есть всегда и в любых средах: твердой, жидкой и газообразной.
Резкий перепад температур также может стать причиной электризации. Происходит изменение скорости движения и, соответственно, количества столкновений или колебаний атомов внутри кристаллической решетки или молекулы. Как следствие – спонтанное отделение электронов, которые могут скапливаться, тем самым создавая статический заряд.
В быту мы часто сталкиваемся с этим эффектом. Когда мы ходим по ковру, мы являемся носителями отрицательного заряда, а ворсинки у нас под ногами – положительного. Как только мы после такой прогулки возьмем в руки ключи, накопленное напряжение мгновенно разрядится и нас слегка тряхнет.
Особенно настойчиво статическое электричество преследует нас в холодное время года. Зимой низкая влажность, а на человеке больше одежды. Сухость плюс много диэлектриков – плодотворная среда для электризации. На шерстяном свитере и синтетической кофте хорошо скапливаются заряды. Бояться нечего, небольшие разряды статического электричества не могут нанести вреда человеку.
Если вам все же неприятно, вот несколько практических рекомендаций:
1 проложите хлопковой тканью стопки бумаги, пластика или синтетики;
2 распыляйте на ковры антистатик;
3 смазывайте волосы специальными средствами и выбирайте фен со встроенным ионным излучателем;
4 если у вас в квартире кондиционер, дополните его увлажнителем воздуха;
5 брейте ноги, это серьезно уменьшает риск скопления заряда.
Если приемы не сработали, есть способ быстро избавиться от напряжения. Одной рукой коснитесь заземленной поверхности – трубы или радиатора отопления, а в другой сожмите металлический предмет – скажем, связку ключей.
Елена Стрижакова, Детский центр научных открытий «ИнноПарк»
Каждый день, просыпаясь утром, мы погружаемся в город, полный фактур, звуков и красок. Пока мы идем на работу и гуляем в парке, нам в голову приходит миллион вопросов о том, как же все вокруг нас устроено в этом огромном мегаполисе. Почему под нами дрожит земля, когда под нами проезжает поезд метро? И может ли в Москве произойти землетрясение? Какими видят нас люди из космоса?
Мы предложили коллегам из Детского центра научных открытий «ИнноПарк» дать ответы на наши вопросы и разъяснить, сколько велосипедистов нужно для освещения столицы, какие оптические иллюзии можно увидеть в городе и как начать экономить энергию, не выходя из дома. Так появился проект «Физика города». Новые вопросы и новые ответы ищите на нашем сайте по понедельникам и четвергам.
Что делать, если постоянно бьет статическим электричеством?
Предмет или поверхность бьет током – это опасная ситуация. Не всегда она связана с поломками оборудования. Иногда это статическое электричество. Биоток накапливается и на теле человека. Чтобы бороться с этим явлением, используют разные методы. Это не только заземление, но и специальное активное и пассивное антистатическое оборудование.
Оглавление
Почему поверхность или одежда бьет током
Ситуация, когда одежда или поверхность предметов бьет током, знакома многим. При этом такие предметы не всегда находятся под напряжением. Возникает вопрос, почему это происходит. Причиной является статическое электричество. На поверхности физического тела, которое плохо проводит электрический ток, накапливается заряд. Он сохраняется в течение определенного времени. Затем из-за контакта с другим предметом (или человеком) происходит разряд. В быту это не имеет особых последствий, разве что человек испытывает неприятные ощущения. Но на производстве может привести к сбоям в работе оборудования.
С научной точки зрения электризация происходит из-за сложного молекулярного процесса, когда сталкиваются неоднородные поверхности, и электроны и ионы начинают перераспределяться. Чем больше площади поверхностей, тем выше степень электризации.
Электростатический заряд чаще всего возникает в результате трения. В сухом воздухе он накапливается быстрее. Но бывает и так, что вода бьется током, что может негативно отражаться на здоровье человека.
Статическое электричество на производстве: причины возникновения
Каждый физический объект может производить либо положительный, либо отрицательный заряд. Положительный заряд могут генерировать даже воздух и стекло, его вырабатывают шерсть, асбест, другие материалы. Отрицательный – такие материал как тефлон, полиэтилен, полиэстер. Металл тоже может производить заряд: свинец – положительный, медь и латунь – отрицательный. Есть и нейтральные материалы – например, бумага и хлопок.
Причины, по которым происходит статическая электризация, бывают разными:
Причины электризации в бытовых и промышленных условиях разные. А источниками, из-за которых она возникает, в обоих случаях могут быть компьютерная техника, мониторы, любые электрические приборы. Компьютеры оснащены вентиляторами, предназначенными для охлаждения прибора. При разгоне воздуха содержащиеся в нем частицы пыли постоянно разгоняются вентилятором по помещению и оседают на поверхностях. Так и возникает электростатический заряд, и даже обычный стол бьет током.
Будь то квартира или промышленное помещение, статическое электричество часто накапливается на полу, покрытом линолеумом. Человек тоже его накапливает – например, на волосах. Одежда из синтетики часто бьется током по той же причине.
В промышленности причины возникновения статики чаще всего связаны с трением, например, транспортерной ленты о вал или ремня привода о шкив. Но бывает и так, что это происходит из-за того, что при некоторых производственных процессах пылинки в воздухопроводах перемещаются с высокой скоростью, и возникает электростатический заряд. В некоторых случаях он образуется даже при прохождении горючих жидкостей через трубопровод.
Почему опасно, когда поверхность бьется током
В промышленности электростатический заряд представляет наибольшую опасность. Почему именно в промышленности – там выше риск неожиданного воспламенения горючих материалов, которое происходит при контакте с оборудованием на заземлении. На производстве заряд может сильно накапливаться, его энергии достаточно, чтобы воспламенились пары газа и пострадали люди.
Статическое электричество влияет на работу точных и сверхточных приборов. Происходит сбой в работе радиосвязи, различных средств автоматики. Статический разряд образует высокие значения напряжения, поэтому многие приборы выходят из строя – они не рассчитаны на такие показатели.
Влияние на человека
Люди носят одежду и обувь их материалов, не проводящих ток. Это могут быть не только натуральные ткани типа шерсти, но и синтетика. Электризация происходит в процессе движения. При условии, что напольное покрытие сделано из материала, не проводящего электричество. Человека бьет током и при контактах с предметами из диэлектрических материалов. Человек электризуется и сам по себе. Иногда он бьет током окружающих. Легкие и иногда болезненные покалывания на коже – часто основной его признак. В то же время, это не такое безобидное явление, как кажется.
Почему это небезопасно для человека? На производстве это приводит к травмам. Электризация вызывает рефлекторное сокращение мышц, поэтому у человека может нарушиться координация движений. В результате даже при незначительном воздействии на тело, травмы могут быть тяжелыми – из-за попадания одежды в рабочие зоны механизма или из-за падения.
Статика вообще плохо воздействует на человеческий организм. Из-за нее снижается работоспособность, возникает спазм сосудов, повышается артериальное давление. Ниже рассмотрим, что делать, чтобы не било током.
Поверхность бьет током: как с этим бороться
В промышленности бывает так, что на поверхности пленок, волокон, бумаги возникает сильный электрический заряд. Иногда даже сыпучий материал бьет током. Чтобы защитить от последствий электризации человека и металлическое оборудование, применяют различные способы. Это грамотно устроенное заземление, различные методы по недопущению тока в рабочую зону, применяют также специальный антистатик.
Хороший результат дает использование антистатического оборудования. Оно бывает активным и пассивным, хорошо защищает металлические предметы от разряда. К последней категории относятся антистатические шнуры и щетки. Они незаменимы на небольших предприятиях, где просто не дают заряду накапливаться. Для больших объемов нужны антистатические планки и блоки питания к ним. Они нейтрализуют статику даже на достаточно большом расстоянии. При этом работа такого устройства не требует активных действий – достаточно правильно его установить и обеспечить питание.