Elektrostatyka

Mówiąc prosto – elektryczność statyczna to brak równowagi w ładunkach elektrycznych materiału. Ten brak równowagi, tj. strata lub dodanie elektronów, występuje podczas zetknięcia się dwóch powierzchni, które wymieniają się elektronami.

Jednym z głównych powodów występowania ładunków statycznych jest zjawisko elektryzacji przez tarcie, w którym niektóre materiały po ich potarciu stają się naładowane elektrycznie. Pioruny są spowodowane ładunkami elektrostatycznymi gromadzącymi się pomiędzy chmurami a ziemią.

Elektryczność statyczna gromadzi się w trakcie stykania się materiałów i ich wymiany elektronów walencyjnych. Wilgotność powietrza sprawia, że powietrze jest bardziej przewodzące, a więc może absorbować i bardziej równomiernie rozprowadzać nadmiar ładunków.

Ładunek statyczny: elektrony walencyjne zamieniają się miejscami, powodując brak równowagi

W rezultacie w warunkach wysokiej wilgotności powietrza ładunki statyczne są mniejsze.

W tabeli podano wzrost napięcia w codziennych sytuacjach oraz różnicę, jaką robi wilgotność względna (w.w.). Wilgotność względna powyżej 40% nie eliminuje elektryczności statycznej, a jedynie pozwala jej się bezpiecznie rozproszyć. Źródło: electronics-notes.com

Woda świetnie przewodzi prąd. Obiekt naładowany elektrycznie będzie oddawał swój ładunek elektryczny, gdy powietrze jest wilgotne, zmniejszając tym samym ryzyko wystąpienia nagłego wyładowania elektrostatycznego (ESD). 

Jednak w porównaniu z metalami przewodność elektryczna czystej wody jest zaskakująco niska:

Przewodność elektryczna jest mierzona w simensach na metr (S/m) lub A/V = 1/Ω. Połączony efekt dyspersyjny w parze wodnej oznacza, że wyładowania elektrostatyczne w wilgotnym powietrzu szybko się rozpraszają..

W powietrzu o niskiej wilgotności względnej ładunki niezrównoważone wyrównają różnicę pomiędzy sobą poprzez zetknięcie się z innym przewodnikiem. W powietrzu o wyższej wilgotności wilgoć w powietrzu umożliwi uwolnienie ładunku w mniej szkodliwy sposób.

Pojedyncze cząsteczki wody mają znacznie większą przewodność niż otaczające je powietrze, a więc ładunek zostanie uwolniony do wody znajdującej się w powietrzu. Wyładowanie elektrostatyczne wciąż zachodzi, ale rozprasza się na niezliczone cząsteczki wody (krople).

Dzięki temu, póki wilgotność względna przekracza określony próg, nie występują duże ładunki.

W środowiskach produkcyjnych elektryczność statyczna zawsze gdzieś musi się nagromadzić – nie ma obecnie żadnej technologii, która byłaby w stanie zupełnie to zjawisko wyeliminować. Problemem jest lokalizacja wyładowania. 

W produkcji elementów elektronicznych nawet najmniejsze wyładowania elektrostatyczne mogą uszkodzić półprzewodniki i zniszczyć produkt.

Ryzyko rażeń spowodowanych przez wyładowania elektrostatyczne nie jest jedynym problemem związanym z elektrycznością statyczną, czyli brakiem równowagi w ładunkach elektrostatycznych na powierzchni przedmiotów. 

Przy wilgotności względnej powietrza nieprzekraczającej 40% ryzyko gromadzenia się elektryczności statycznej jest dużo większe.

Aby ładunek elektrostatyczny mógł się pojawić, konieczne jest tarcie: dwa materiały muszą zostać potarte o siebie, wymieniając się tym samym elektronami walencyjnymi. W większości środowisk produkcyjnych znajdują się składowe niezbędne do wytwarzania elektryczności statycznej: lokalne źródła ciepła spowodują spadek wilgotności powietrza.

Rozwiązaniem tego problemu jest zapewnienie wilgotności względnej powietrza na poziomie nie niższym niż 40%, a w większości przypadków – bliżej 60%. W tym celu należy nieustannie zapewniać odpowiednią wilgotność powietrza.

W technologii produkcyjnej zapobieganie wyładowaniom elektrostatycznym jest już standardem i jest traktowane bardzo poważnie. Środki ochrony przed ESD zwykle dzieli się na pasywne i aktywne. Pasywne obejmują np. zastosowanie izolujących mat podłogowych, uziemienie personelu i narzędzi itp. 

Przykładem aktywnego przeciwdziałania ESD jest kontrola wilgotności powietrza. Po osiągnięciu optymalnego poziomu wilgotności, najczęściej między 40 a 60% w.w., ilość wilgoci w powietrzu jest wystarczająco duża, aby ładunki elektrostatyczne były bezpiecznie uwalnianie do powietrza. Przy takim poziomie wilgotności wilgoć będzie również osiadać na powierzchniach, aby stworzyć warstwę przewodzącą, która zapewni dodatkową ochronę. 

Instalacja wysokociśnieniowego systemu nawilżania powietrza jest jedną z najbardziej ekonomicznych metod zwiększania produktywności i zmniejszania ryzyka występowania wyładowań elektrostatycznych.

Firma Airtec® może się pochwalić wieloletnim doświadczeniem w zakresie planowania, instalowania i serwisowania tego typu systemów nawilżania powietrza – poznaj historie naszych klientów tutaj.

Skontaktuj się z nami już dziś, aby dowiedzieć się, jak możemy pomóc