Электростатика в вопросах и ответах

 

Что такое статическое электричество?

Суммарный интеллект планеты - величина постоянная, в то время как население планеты растет.
Законы Мерфи

electrostatics_3_600

 

Статическое электричество возникает в случае нарушения внутриатомного или внутримолекулярного равновесия вследствие приобретения или потери электрона. Обычно атом находится в равновесном состоянии благодаря одинаковому числу положительных и отрицательных частиц - протонов и электронов. Электроны могут легко перемещаются от одного атома к другому. При этом они формируют положительные (где отсутствует электрон) или отрицательные (одиночный электрон или атом с дополнительным электроном) ионы. Когда происходит такой дисбаланс, возникает статическое электричество.

Статическое электричество образуется в результате нарушения внутриатомного или внутримолекулярного баланса вследствие получения или потери электрона. В большинстве случаев атом находится в равновесном состоянии, благодаря одинаковому числу положительных и отрицательных частиц - протонов и электронов.

Электроны могут легко перемещаться от атома к атому. В результате такого перемещения они формируют положительные или отрицательные ионы. Если происходит такой дисбаланс,  то возникает статическое электричество.


 

Теория Электростатики

Экспериментальный кролик может позволить себе практически все. 
Законы Мерфи 

0018-029-Blagodarju-za-vnimanie

                F = C \frac{qq'}{r^2}

 

 

 

 Причины формирования электростатических зарядов 

Воспитанный мужчина не сделает замечания женщине, плохо несущей шпалу. 
Законы Мерфи.

 Рассмотрим несколько типичных примеров из жизни. Работник, шагающий по ковровой дорожке к директору, генерирует потенциал до 1000 В; радиомонтажник, ерзающий на стуле с полиэтиленовым покрытием — до 1500 В, а его начальник, поднимающий со стола портфель из синтетического материала — до 1200 В. При влажности 10-20% значения напряжений составляют соответственно 35000 В, 18000 В и 20000 В, в то время как для некоторых изделий микроэлектроники потенциал в сотни вольт фатален. Существует три способа образования электростатического заряда:

Трибоэлектрический

При соприкосновении и разделении двух объектов один всегда заряжается положительно, другой — отрицательно. Пример: контакт обуви с полом при ходьбе приводит к образованию статического потенциала на идущем работнике.

Индукционный

При перемещении заряженного объекта вблизи незаряженного в последнем генерируется статический заряд с противоположным знаком и, как следствие, возникают индукционные токи. Пример — прикосновение рукой, несущей высокий заряд, к корпусу ESD-чувствительной микросхемы (как правило, самой дорогостоящей). 
Обратите внимание: для повреждения кристалла индукционными токами не обязательно даже прикасаться рукой непосредственно к выводам корпуса микросхемы.

Емкостной 

Заряд есть произведение напряжения на емкость, поэтому при постоянной величине заряда уменьшение емкости влечет рост потенциалов разъединяемых поверхностей. Кошмарный эпизод: размотка рулона полиэтилена на упаковочном столе дистрибьютора электронных компонентов.

 

Для решения этих проблем был разработан целых комплекс мероприятий по защите от электростатики. Электронная промышленность выработала несколько стандартов, которые помогают достичь высокого качества и надежности изделий, существенно снизить риск повреждения электронного компонента.

Влияние климатических факторов 

Если четыре причины возможных неприятностей заранее устранимы, то всегда найдется пятая. 

Законы Мерфи .

 

Величина электростатических зарядов обратно пропорциональна влажности воздуха — иными словами, во влажном помещении формируются меньшие по величине электростатические заряды, чем в сухом. Это явление объясняется тем, что при высокой влажности на поверхности обрабатываемого материала формируется микроскопический слой влаги, повышающий электропроводность материала и способствующий отводу заряда на землю. Влажный воздух по разному воздействует на невпитывающие (пластики) и впитывающие (бумага без покрытия) материалы. В первом случае влага способствует повышению электропроводности только поверхности материала, во втором случае — и поверхностной и объемной электропроводности. Для поддержания оптимальной влажности, значение которой находится в пределах от 45 до 60%, в типографии рекомендуется использовать промышленные системы увлажнения воздуха.

Проблемы, вызываемые статическим электричеством

Есть моменты, когда все удается. Не ужасайтесь, это пройдет.

Законы Мерфи

Во многих отраслях промышленности одной из основных проблем, обусловленных электростатическим зарядом, является взаимодействие между заряженными объектами, следствием которого является притяжение к запечатываемому материалу пыли, слипание оттисков между собой и их притяжение к механизмам, а также дестабилизация режима намотки полотна в рулон. И чем выше величина электростатического заряда на поверхности полотна или листа, тем больше пыли он притянет. Как правило, воздушная пыль интенсивно притягивается к полотну при разности потенциалов 3 кВ и выше.

Риск возгорания вследствие разряда, вызванного электростатикой, особенно велик при использовании красок и лаков на легковоспламеняемых растворителях. Такие краски и лаки находят применение в флексографской и глубокой печати. Основными источниками электростатического разряда, как правило, являются незаземленные элементы оборудования, обрабатываемый материал и одежда обслуживающего персонала.

При разности потенциалов более 10 кВ разряды могут привести к повреждению красочного или лакового покрытия на оттисках.

Для здоровья обслуживающего технику персонала электростатические разряды, как правило, не опасны, однако они могут напугать оператора и вызвать неадекватную реакцию, которая и приведет к травме. Электростатические заряды скапливаются на одежде оператора в результате трения или под воздействием внешних электростатических полей, например поля от рулона с пластиковой пленкой. В этом случае разряд происходит при соприкосновении оператора с заземленными металлическими объектами, например со станиной машины. Реже разряд является результатом соприкосновения оператора, обутого в проводящую обувь, с незаземленными элементами машины или с изделиями, на которых сформировался электростатический заряд.

Нейтрализация электростатических зарядов

Если эксперимент удался, что-то здесь не так... 

Законы Мерфи

При работе с проводящими материалами для нейтрализации электростатических зарядов достаточно выполнить заземление. Электростатические заряды, сформированные на поверхности диэлектриков, нейтрализуются путем бомбардировки заряженными частицами противоположного знака. Как правило, для этого используется ионизированный воздух, содержащий положительные и отрицательные ионы. В промышленных предприятиях применяются два типа ионизаторов: пассивные и активные.

В качестве достоинств пассивных ионизаторов можно назвать низкую стоимость, высокую производительность (могут применяться в высокоскоростных машинах), а также простоту инсталляции и обслуживания. Недостатками пассивных ионизаторов являются необходимость установки на небольшом расстоянии от материала, вследствие чего затруднена обработка объектов сложной формы; необходимость периодической замены электродов; неполное удаление статического заряда (обычно на материале остается незначительный по величине заряд).

Активные ионизаторы генерируют коронный разряд, в результате которого вокруг эмиттера устройства образуется облако ионизированного воздуха. Для увеличения эффективности облако может направляться на требуемый участок обрабатываемого материала с помощью вентилятора или компрессора.

Активные ионизаторы характеризуются высокой надежностью, позволяют направленно подавать ионизированный воздух и обрабатывать объекты сложной формы, а также труднодоступные участки материала, причем возможно полное удаление статического заряда с обрабатываемой поверхности.


Какая польза от антистатического оборудования?

Все, что начинается хорошо, кончается плохо.
Все, что начинается плохо, кончается еще хуже.

Законы Мерфи

Образование электростатических зарядов на поверхности бумаги, пленок, волокон или сыпучих материалов нарушает нормальную работу оборудования. Поскольку заряд увеличивается с увеличением скорости движения материалов, приходится снижать производительность оборудования. Использование современных упаковочных материалов часто становится затруднительным из-за сильного прилипания пленок к поверхностям станка. Накопление зарядов при перемотке и порезке материала может вызывать электрические разряды, создавая опасность для персонала. Это физическое явление известно несколько сотен лет, мы все подвергаемся его влиянию, хотя досконально и не понимаем. Правильная эксплуатация статического электричества может благотворно влиять на производительность. С другой стороны, если не принимать меры, то результаты могут быть губительными. Применение антистатического оборудования увеличивает производительность производства за счет снижения проблем возникающих из-за скопления зарядов на поверхности материала.


Нужно ли заземлять?

В любой организации всегда найдется человек, знающий, что на самом деле происходит.

Его-то и надо уволить.

Законы Мерфи

Заземляющие устройства для защиты от статического электричества следует, как правило, объединять с заземляющими устройствами для электрооборудования. Такие заземляющие устройства должны быть выполнены в соответствии с требованиями глав I-7 и VII-3 "Правил устройства электроустановок" (ПУЭ).


 

Термины ESD

 

Пришла нужда постучать по дереву - обнаруживаешь, что мир состоит из алюминия и пластика.

Законы Мерфи

ESD (ЭСР) — электростатический разряд.

ESDS (ЧЭСР ) — чувствительные к электростатическому разряду устройства.

EPA (УЗЭ ) — участок, защищенный от ESD.

Электростатически проводящий— материал с поверхностным сопротивлением в диапазоне от 102 Ом до 105 Ом, (электропроводный, токопроводящий).

Электростатически рассеивающий — материал с поверхностным сопротивлением в диапазоне от 105 Ом до 1011 Ом.

Слабозаряжающийся — материал с минимальной склонностью к трибоэлектрическому заряду, с поверхностным сопротивлением менее 1011 Ом.

Электростатически экранирующий — материал, защищающий от электростатических разрядов вне EPA, с уровнем энергии при разряде 1000 В НВМ внутри материала < 50 нДж, с поверхностным сопротивлением в диапазоне от 105 Ом до 1011 Ом.

Изолятор — материал с поверхностным сопротивлением выше 1011 ГОм.

ESD-approved-средство защиты называется антистатическим , если оно защищает от:

неконтролируемого разряда с любого заряженного объекта через защищаемый;
неконтролируемого разряда с самого защищаемого объекта;
трибоэлектрического или индуктивного заряда защищаемого объекта.


 

 

Если вам все равно, где вы находитесь, значит вы не заблудились.

Законы Мерфи