Statična elektrika – kaj je, vzroki, primeri in preprečevanje

Statična elektrika pomeni povečanje električnega naboja na površini predmetov. Ta električni naboj ostane na predmetu, dokler ne steče v zemljo ali pa se hitro izgubi z razelektritvijo. Do izmenjave naboja lahko pride v pogojih, kot je drgnjenje in ločevanje različnih predmetov. Statični naboj ostane le, če ima ena od površin velik upor proti električnemu toku. Učinki statične elektrike so večini ljudi znani, saj lahko vidijo, čutijo in celo slišijo iskro. Do iskre pride, ko se presežni naboj nevtralizira. Do nevtralizacije pride, ko odvečni naboj steče v električni prevodnik (na primer pot do zemlje). Do pretoka drugega naboja pride, ko je nabit predmet v bližini območja s presežnim nabojem nasprotne polarnosti (pozitivnim ali negativnim). Znani pojav statičnega udara je posledica nevtralizacije naboja.

Kaj povzroča statično elektriko?

Triboelektični učinek (drgnjenje): prenos elektronov med stiki različnih materialov (npr. oblačila iz poliestra proti volni ali plastiki).
Kontakt in ločevanje: pri ločevanju dveh prej v stiku stojanih površin se lahko eden nabere pozitivno, drugi negativno.
Indukcija: prisotnost nabitega predmeta lahko inducira nasproten naboj v bližnjem prevodniku brez neposrednega stika.
Suho okolje: nizka relativna vlažnost zraka poveča verjetnost nastanka in zadrževanja nabojev.

Primeri iz vsakdanjega življenja

Iskrica ob dotiku kljuke, avtomobilske pločevine ali drugega človeka po hoje po preprogi.
Oblačila, ki "prijemajo" ali se razživijo po sušenju v sušilnem stroju.
Stanje las, ki se naelektrijo in stojijo pokonci ob dvigu klobuka ali krpe.
Elektronski deli, ki se poškodujejo zaradi elektrostatičnega izpada (ESD) pri rokovanju s komponentami brez zaščite.
Neposredna primerjava: strela je naravni in zelo močan primer razelektritve statične elektrike v atmosferi.

Nevarnosti in vplivi

Manjše neprijetnosti: kratki udarci, presenečenje ali zelo blago boleče občutke.
Poškodbe elektronike (ESD): mikrokontrolerji, čipi in drugi občutljivi elementi se lahko trajno poškodujejo.
Vnetljivost in eksplozije: v prisotnosti gorljivih hlapov ali prahu lahko iskra povzroči požar ali eksplozijo.
Motnje v delovanju naprav: šum, napake ali reseti občutljive opreme.

Preprečevanje in zaščita

Ozemljitev (grounding): neposredna povezava prevodnih delov z zemljo odvaja naboj.
Uporaba antistatičnih trakov in zapestnic: pri delu z elektronskimi komponentami preprečijo kopičenje naboja na osebi.
Prevlečni in antistatični materiali: delovne mize, preproge, obutev in oblačila iz antistatičnih ali vodljivih materialov.
Povečanje vlažnosti zraka: vlaženje prostora (npr. relativna vlaga 40–60 %) zmanjša nastanek nabojev.
Ionizatorji: nevtralizirajo naboje v zraku z izpustom ionov, uporabno tam, kjer ozemljitev ni mogoča.
Antistatični spreji in prevleke: za tkanine in plastične površine, da zmanjšajo trenje in nabiranje naboja.
Pravilno pakiranje elektronike: uporaba antistatičnih vrečk (ESD bags), pen in folij pri shranjevanju in transportu.
Izobraževanje in delovni postopki: upoštevanje ESD-protokolov, pravilno rokovanje in ločevanje občutljivih komponent.

Merjenje in enote

Naboj se meri v kulombih (C), potencial pa v voltih (V).
Za diagnosticiranje statične napetosti se uporabljajo merilniki električnega polja, elektrostatski voltmetri in merilniki naboja.

Priporočila za vsakdan

Nosite oblačila iz naravnih vlaken ali antistatičnih mešanic, izogibajte se sintetičnim materialom, če vas motijo udarci.
Uporabite vlažilec zraka v suhem prostoru, zlasti pozimi, ko je zrak bolj suh.
Pred rokovanjem z občutljivo elektroniko se dotaknite ozemljenega kovinskega predmeta, da izničite naboj.
Pri delu z gorljivimi materiali in prahom upoštevajte stroge varnostne ukrepe proti iskrenju in zagotovite ozemljitev.

Statična elektrika je vsakodnevni pojav z enostavnimi posledicami, a lahko povzroči tudi resne tehnične in varnostne težave. Z enostavnimi ukrepi — ozemljitvijo, vlaženjem zraka, uporabo antistatičnih materialov in pravilnim ravnanjem — jo lahko učinkovito obvladujemo.

Strela, primer statične razelektritve

Zgodovina

V grški dobi je Tales med čiščenjem jantarja odkril statično elektriko. Toda takrat temu niso posvečali pozornosti in tega niso raziskovali. Vedeli so le, da drgnjenje nečesa povzroči vlečno silo. Resne raziskave statične elektrike so se začele v 17. stoletju, ko je Otto Von Guericke izdelal prvi generator trenja. V 18. stoletju pa je Coulomb začel raziskovati določeno količino statične elektrike. Benjamin Franklin je statično elektriko povezoval z nevihtami. Leta 1832 je Michael Faraday objavil rezultate svojega poskusa o identiteti elektrike. To poročilo je dokazalo, da so elektrika, ki nastane z uporabo magneta, voltaična elektrika, ki jo proizvede baterija, in statična elektrika enake. Od Faradayevega rezultata lahko zgodovino statične elektrike razumemo kot preučevanje elektrike na splošno.

Naboj

Statična elektrika lahko nastane v številnih okoliščinah.

Stik omogoča ločitev polnjenja:

Večina materialov ima edinstveno kemijsko privlačnost za elektrone. Zaradi tega lahko drgnjenje različnih materialov povzroči ločevanje nabojev. Material bo imel pozitiven naboj, če bo imel manjšo privlačnost za elektrone kot drugi material.Včasih lahko s hojo po preprogi in nato z dotikom kovinskega predmeta (npr. kljuke na vratih) povzročite statični električni udar.

Zaradi pritiska pride do ločevanja nabojev:

Dovolj močan tlak povzroči ločitev naboja v nekaterih vrstah materialov, kot so kristali in keramične molekule.

Toplota povzroči ločevanje nabojev:

S segrevanjem nekaterih materialov lahko elektroni dobijo moč. S to močjo se elektroni osvobodijo od atomov. Atomi, ki izgubijo elektrone, postanejo pozitivno nabiti.

Naboj omogoča ločevanje nabojev:

Nabiti predmet lahko povzroči, da se nevtralni predmet loči od naboja. Naboji enakega predznaka (negativni z negativnim ali pozitivni s pozitivnim) se med seboj odbijajo, naboji nasprotnega predznaka pa se privlačijo. Zaradi tega ima del nevtralnega predmeta, ki je v bližini nabitega predmeta, nasprotni naboj od nabitega predmeta. Ta sila hitro oslabi, če se predmeta oddaljita drug od drugega. Učinek se najbolj pojavi, kadar ima nevtralni predmet naboj, ki se lahko prosto giblje

.Statična elektrika lahko povzroči blag udarec.

Razrešnica

Statična razelektritev je presežni naboj, ki se nevtralizira s pretokom nabojev iz okolice ali v okolico. Pozitivni naboji dobivajo elektrone iz okolice, negativni naboji pa izgubljajo elektrone v okolico.

Občutek statičnega električnega udara je posledica stimulacije živcev, ko nevtralizacijski tok teče skozi človeško telo. Ker je v telesu veliko vode, naboj običajno ni dovolj velik, da bi povzročil nevarno visok tok. Primer statične razelektritve je tudi strela. Oblak dobi zelo velik naboj zaradi trka z drugimi oblaki. Odvečni naboj odda na tla. Vendar se ta ogromen naboj v človekovi okolici nikoli ne pojavi naravno, razen če vanj udari strela.

Kljub navidezno neškodljivi naravi statične elektrike lahko v raziskavah predstavlja veliko tveganje, saj lahko velik naboj poškoduje opremo.