Elektryzacja przez kontakt jako pierwotne źródło zagrożenia od elektryczności statycznej.

Transkrypt

1 Elektryzacja przez kontakt jako pierwotne źródło zagrożenia od elektryczności statycznej. dr inż. Bronisław M. WIECHUŁA 1

2 Elektryzacja przez kontakt materiału pierwotną przyczyną zagrożenia Dwa rodzaje elektryzacji przez kontakt: - doraźna - w trakcie wykonywania czyszczenia, konserwacji, elementów niemetalowych np. # czyszczenie szybek gogli, # przetarcie suchą tkaniną skorupy hełmu, # podnoszenie człowieka z krzesła, # chodzenie po nieprzewodzącej posadzce, # zdejmowanie części odzieży. - ciągła - w trakcie użytkowania elementów niemetalowych np. # noszenie odzieży ochronna przez człowieka w ruchu, # taśma przenośnikowa przesuwana po uziemionych elementach przewodzących, # pneumatyczny transport pyłu przez rurę niemetalową. 2

3 Zagrożenia od elektryczności statycznej: - Materiał zdolny do naelektryzowania, ( Chargealbility ): 1. Nośnikami ładunku mogą być elektrony oraz jony. 2. Ładunek wytwarza wokół siebie pole elektryczne. 3. Materiałami, zdolnymi do naelektryzowania są materiały o elektrostatycznych właściwościach nieprzewodzących. - Naelektryzowany materiał oddziałuje na otaczające środowisko: 1. Wytwarzanie niejednorodnego pola elektrycznego, 2. Nienaelektryzowany materiał - elektryzacja przez wpływ, 3. Człowiek - wstrząs elektrostatyczny wskutek miejscowego rozładowania naelektryzowanego materiału. 3

4 Skutki elektryzacji przez kontakt 4

5 Definicje Elektrostatyka dział fizyki zajmujący się polem elektrycznym, wytwarzanym przez stacjonarne ładunki elektryczne, nie wymagającym stałego doprowadzenia energii. Elektryzacja przez kontakt (trybo elektryzacja) zjawisko przemieszczania się ładunku elektrycznego (elektronów, które mają większą swobodę w strukturze materiałów) w obrębie materiału pod wpływem innego materiału. Skutkiem elektryzacji jest wytwarzanie ładunku elektrycznego na dwu materiałach pocieranych wzajemnie. Ładunek (elementarny) elektryczny Q [C] jedna z pierwotnych wielkości fizycznych. W układzie SI jest wyrażany w kulombach i ma przybliżoną wartość. Wartość ładunku elektronu (protonu), wynosi e=1, (40) C. W układzie SI jednostka ładunku elektrycznego nosi nazwę Charles Augustin de Coulomb. 5

6 Definicje Ładunek indukowany jeżeli ładunek wytwarzający pole otoczymy zamkniętą powierzchnią (wg prawa Gaussa), to całkowity ładunek indukowany na powierzchni zamkniętej jest równy ładunkowi zamkniętemu w tej powierzchni. Ładunek przenoszony Q (nc) - miejscowe odprowadzanie ładunku Q z naelektryzowanego materiału. Jeżeli wartość ładunku przenoszonego Q z naelektryzowanego materiału nie przekracza 10 nc, to nie stwarza on zagrożenia wybuchem w atmosferze potencjalnie wybuchowej. Materiał antyelektrostatyczny materiał przewodzący lub rozpraszający, na którym nie odkłada się ładunek elektrostatyczny, gdy ma zapewniony kontakt z ziemią. Wstrząs elektrostatyczny - patofizjologiczny efekt, wynikający z przepływu prądu elektrycznego przez ciało człowieka. Iskrowe ESD (z ang. electrostatic discharge) - nagły przepływ prądu elektrycznego przepływającego między dwoma materiałami o różnych potencjałąch elektrycznych 6

7 Polaryzacja materiału Utworzenie dipoli elektrycznych lub zmiana ustawienia już istniejących dipoli w materiale. W polu elektrycznym atomy i cząsteczki materiału ulegają polaryzacji. Naelektryzowany materiał wytwarza pole elektryczne. Polaryzacja wybranych materiałów naelektryzowanych wskutek elektryzacji przez kontakt: - Bursztyn potarty tkaniną jedwabną elektryzuje się ujemnie. - Laska ebonitowa potarta tkaniną wełnianą elektryzuje się ujemnie. - Laska szklana potarta tkaniną jedwabną elektryzuje się dodatnio. 7

8 Elektrostatyka rys historyczny - VI wiek p.n.e. O istnieniu oddziaływań elektrostatycznych wiedziano już w starożytności. Nazwa elektryczność pochodzi od greckiego słowa ήλεκτρον (ēlektron) oznaczającego bursztyn. W starożytności efekt elektrostatyczny znany był jako "efekt bursztynu", ponieważ był szczególnie związany z pocieraniem bursztynu materiałem. Tales z Miletu, ( p.n.e.) grecki filozof i matematyk. Jemu przypisuje się odkrycie elektryczności. Odkrył i opisał, że potarty wełną bursztyn przyciąga drobne, lekkie materiały jak np. drewniane wiórki. 8

9 rys historyczny - XVIII wiek - Kondensator Urządzenie nazwane "Kleistche Flasche składało się z naczynia szklanego (dielektryka), dwu warstw metalowych pełniących rolę okładek kondensatora oraz korka przebitego na wylot miedzianym drutem. Naczynie szklane było wypełnione wodą. Tablica pamiątkowa w Kamieniu Pomorskim: Ewald Georg Jürgen von Kleist (* 1700 Wicewo koło Białogardu, Koszalin). Był dziekanem kamieńskiej kapituły katedralnej. Wynalazca kondensatora elektrycznego tzw. butelki kleista (lejdejskiej). 9

10 rys historyczny - XVIII wiek - Kondensator 268 lat temu w Kamieniu Pomorskim Ewald von Kleist 11 października 1745 roku zrewolucjonizował badania nad elektrycznością. Zauważył, że energia elektryczna może być gromadzona w butelce. Zbliżając dłoń do naelektryzowanej butelki ciało eksperymentatora doznawało wstrząsu. 10

11 Elektryzacja przez kontakt W metodologii elektryzacji przez kontakt, powierzchnia stacjonarnego materiału jest asymetrycznie pocierana tkaniną. Skutkiem elektryzacji przez kontakt zachodzącej między tkaniną i materiałem jest naelektryzowanie materiału. Zanik styku między tkaniną i materiałem wywołuje separację różnoimiennych ładunków elektrycznych w wyniku, czego obydwa materiały są naelektryzowane. 11

12 Naelektryzowany materiał Ładunek indukowany na naelektryzowanym materiale zmienia wokół siebie przestrzeń wytwarzając pole elektryczne W całej przestrzeni nad naelektryzowanym materiałem pole nie jest jednorodne. 12

13 Naelektryzowany materiał - miejscowe rozładowanie Rozprzestrzeniające wyładowanie snopiaste wskutek miejscowego rozładowania naelektryzowanej próbki materiału 13

14 Naelektryzowany materiał - miejscowe rozładowanie Rozprzestrzeniające wyładowanie snopiaste między uziemionymi metalowymi krążkami spirali wypełniającymi materiał niemetalowy [10 str. 253 wycinek zdjęcia] 14

15 Test wyładowania zapalającego 15

16 Bronisław M. WIECHUŁA Dziękuję za uwagę