Listrik statis—apa itu, bagaimana dihasilkan, dan masalah yang terkait dengannya

Apa itu listrik statis

Listrik statis terjadi ketika kesetimbangan intraatomik atau intramolekul terganggu karena perolehan atau kehilangan elektron. Biasanya, sebuah atom berada dalam kesetimbangan karena jumlah partikel positif dan negatif yang sama—proton dan elektron. Elektron dapat dengan mudah berpindah dari satu atom ke atom lainnya. Pada saat yang sama, mereka membentuk ion positif (di mana tidak ada elektron) atau negatif (satu elektron atau atom dengan elektron ekstra). Ketika ketidakseimbangan ini terjadi, listrik statis dihasilkan.

Untuk lebih jelasnya lihat di sini: Tentang listrik statis dalam gambar

Muatan listrik pada elektron — ( -) 1,6 x 10-19 liontin. Proton dengan muatan yang sama memiliki polaritas positif. Muatan statis dalam coulomb berbanding lurus dengan kelebihan atau kekurangan elektron, yaitu jumlah ion yang tidak stabil.

Liontin adalah unit dasar muatan statis, yang menentukan jumlah listrik yang melewati penampang kabel dalam 1 detik pada 1 ampere.

Ion positif tidak memiliki satu elektron, oleh karena itu, ia dapat dengan mudah menerima elektron dari partikel bermuatan negatif. Ion negatif, pada gilirannya, dapat berupa elektron tunggal atau atom/molekul dengan sejumlah besar elektron. Dalam kedua kasus tersebut, terdapat elektron yang dapat menetralkan muatan positif.

Bagaimana listrik statis dihasilkan

Penyebab utama listrik statis:

• Kontak antara dua bahan dan pemisahannya satu sama lain (termasuk menggosok, menggulung / melepaskan, dll.).

• Penurunan suhu yang cepat (misalnya, saat bahan ditempatkan di oven).

• Radiasi energi tinggi, radiasi ultraviolet, sinar-X, medan listrik yang kuat (tidak umum dalam aplikasi industri).

• Operasi pemotongan (misalnya pada mesin pemotong atau mesin pemotong kertas).

• Manual (Listrik Statis yang Dibangkitkan).

Kontak permukaan dan pemisahan material mungkin merupakan penyebab paling umum dari listrik statis di industri gulungan film dan lembaran plastik. Muatan statis dihasilkan selama pelepasan / penggulungan material atau pergerakan lapisan material yang berbeda relatif satu sama lain.

Proses ini tidak sepenuhnya jelas, tetapi penjelasan paling benar tentang munculnya listrik statis dalam hal ini dapat diperoleh dengan analogi dengan kapasitor datar, di mana energi mekanik diubah menjadi energi listrik ketika pelat dipisahkan:

Tegangan resultan = tegangan awal x (jarak pelat akhir / jarak pelat awal).

Ketika film sintetik menyentuh rol pengumpan / pengambil, sedikit muatan yang mengalir dari material ke rol menyebabkan ketidakseimbangan.Ketika material mengatasi area kontak dengan poros, tegangan naik dengan cara yang sama seperti pada kasus pelat kapasitor pada saat pemisahan mereka.

Praktik menunjukkan bahwa amplitudo tegangan yang dihasilkan terbatas karena gangguan listrik yang terjadi pada celah antara material yang berdekatan, konduktivitas permukaan, dan faktor lainnya. Di pintu keluar film dari area kontak, Anda sering dapat mendengar sedikit kresek atau mengamati percikan api. Ini terjadi pada saat muatan statis mencapai nilai yang cukup untuk memecah udara di sekitarnya.

Sebelum bersentuhan dengan gulungan, film sintetik netral secara elektrik, tetapi dalam proses pergerakan dan kontak dengan permukaan pengumpanan, aliran elektron diarahkan ke film dan mengisinya dengan muatan negatif. Jika porosnya terbuat dari logam dan diarde, muatan positifnya akan cepat habis.

Sebagian besar peralatan memiliki banyak poros, sehingga jumlah muatan dan polaritasnya dapat sering berubah. Cara terbaik untuk mengontrol muatan statis adalah dengan mengukurnya secara akurat di area tepat di depan area masalah. Jika muatan dinetralkan terlalu dini, mungkin pulih sebelum film mencapai area masalah ini.

Jika objek memiliki kemampuan untuk menyimpan muatan yang signifikan dan jika ada tegangan tinggi, listrik statis akan menyebabkan masalah serius seperti busur listrik, tolakan / tarikan elektrostatis atau sengatan listrik pada personel.

Mengisi polaritas

Muatan statis bisa positif atau negatif.Untuk arus searah (AC) dan pembatas pasif (sikat), polaritas muatan biasanya tidak penting.

Masalah listrik statis

Debit statis dalam elektronik

Masalah ini perlu diperhatikan, seperti yang sering terjadi saat bekerja dengan blok elektronik dan komponen yang digunakan dalam perangkat kontrol dan pengukuran modern.

Dalam elektronik, bahaya utama yang terkait dengan listrik statis berasal dari orang yang membawa muatan dan tidak boleh diabaikan. Arus pelepasan menghasilkan panas, yang menyebabkan koneksi putus, kontak putus, dan jejak sirkuit mikro putus. Tegangan tinggi juga menghancurkan film oksida tipis pada transistor efek medan dan elemen berlapis lainnya.

Seringkali, komponen tidak gagal total, yang dapat dianggap lebih berbahaya, karena kerusakan tidak segera muncul, tetapi pada saat yang tidak dapat diprediksi selama pengoperasian perangkat.

Sebagai aturan umum, saat bekerja dengan komponen dan perangkat yang peka terhadap listrik statis, Anda harus selalu mengambil langkah untuk menetralkan muatan yang terkumpul di tubuh Anda.

Daya tarik / tolakan elektrostatik

Ini mungkin masalah yang paling umum di plastik, kertas, tekstil dan industri terkait. Ini memanifestasikan dirinya dalam kenyataan bahwa bahan secara independen mengubah perilakunya - mereka tetap bersatu atau, sebaliknya, menolak, menempel pada peralatan, menarik debu, angin tidak teratur pada perangkat penerima, dll.

Tarik-menarik/tolak-menolak terjadi sesuai dengan hukum Coulomb, yaitu berdasarkan prinsip kebalikan dari kuadrat. Dalam bentuknya yang paling sederhana, dinyatakan sebagai berikut:

Gaya tarik-menarik atau tolakan (dalam Newton) = Muatan (A) x Muatan (B) / (Jarak antar benda 2 (dalam meter)).

Oleh karena itu, intensitas efek ini berhubungan langsung dengan amplitudo muatan statis dan jarak antara objek yang menarik atau menolak. Tarikan dan tolakan terjadi searah dengan garis medan listrik.

Jika dua muatan memiliki polaritas yang sama, keduanya menolak; jika sebaliknya, mereka menarik satu sama lain. Jika salah satu benda bermuatan, maka akan menimbulkan tarikan, menciptakan bayangan cermin dari muatan tersebut pada benda netral.

Risiko kebakaran

Risiko kebakaran bukanlah masalah umum untuk semua industri. Tetapi kemungkinan kebakaran sangat tinggi di percetakan dan bisnis lain yang menggunakan pelarut yang mudah terbakar.

Di area berbahaya, sumber penyulutan yang paling umum adalah peralatan yang tidak diarde dan kabel bergerak. Jika operator di area berbahaya memakai sepatu olahraga atau sepatu dengan sol non-konduktif, ada risiko tubuhnya akan menghasilkan muatan yang dapat menyulut pelarut. Bagian konduktif mesin yang tidak diarde juga berbahaya. Segala sesuatu di zona bahaya harus dibumikan dengan benar.

Informasi berikut memberikan penjelasan singkat tentang potensi penyalaan listrik statis di lingkungan yang mudah terbakar. Penting bagi pedagang yang tidak berpengalaman untuk mengetahui jenis peralatan terlebih dahulu untuk menghindari kesalahan dalam pemilihan perangkat untuk digunakan dalam kondisi seperti itu.

Kemampuan pelepasan untuk menyebabkan kebakaran bergantung pada banyak variabel:

• jenis pembuangan;

• daya pelepasan;

• sumber debit;

• melepaskan energi;

• adanya lingkungan yang mudah terbakar (pelarut dalam fase gas, debu atau cairan yang mudah terbakar);

• energi pengapian minimum (MEW) dari media yang mudah terbakar.

Jenis debit

Ada tiga jenis utama—spark, brush, dan slide brush. Dalam hal ini, pelepasan koroner tidak diperhitungkan, karena tidak terlalu energik dan terjadi agak lambat. Pelepasan korona umumnya tidak berbahaya dan hanya boleh dipertimbangkan di area dengan bahaya kebakaran dan ledakan yang sangat tinggi.

Pelepasan yang tulus

Itu terutama berasal dari objek yang cukup konduktif dan terisolasi secara elektrik. Itu bisa berupa tubuh manusia, bagian dari mesin atau alat. Diasumsikan bahwa semua energi muatan dihamburkan pada saat percikan. Jika energi lebih tinggi dari MEW uap pelarut, pengapian dapat terjadi.

Energi percikan dihitung sebagai berikut: E (dalam Joule) = ½ C U2.

Pelepasan dari tangan

Pelepasan sikat terjadi ketika potongan peralatan yang tajam memusatkan muatan pada permukaan bahan dielektrik yang sifat isolasinya menyebabkannya terakumulasi. Pelepasan sikat memiliki energi yang lebih rendah daripada pelepasan percikan dan karena itu menimbulkan lebih sedikit bahaya pengapian.

Sebarkan dengan sikat geser

Penyemprotan sikat geser terjadi pada lembaran atau gulungan bahan sintetis resistivitas tinggi dengan kepadatan muatan yang meningkat dan polaritas muatan yang berbeda di setiap sisi jaring. Fenomena ini bisa disebabkan oleh penggosokan atau penyemprotan lapisan bedak. Efeknya sebanding dengan pelepasan kapasitor datar dan bisa sama berbahayanya dengan pelepasan percikan api.

Sumber tenaga dan energi

Ukuran dan geometri distribusi muatan merupakan faktor penting. Semakin besar volume tubuh, semakin banyak energi yang dikandungnya. Sudut tajam meningkatkan kekuatan medan dan menahan pelepasan.

Daya pelepasan

Jika suatu benda dengan energi tidak berperilaku baik listrikmisalnya tubuh manusia, resistensi objek akan melemahkan lontaran dan mengurangi bahaya. Untuk tubuh manusia, ada aturan dasar: asumsikan bahwa semua pelarut dengan energi pengapian minimum internal kurang dari 100 mJ dapat menyala, meskipun energi yang terkandung dalam tubuh dapat 2 hingga 3 kali lebih tinggi.

Energi Pengapian Minimum MEW

Energi pengapian minimum dari pelarut dan konsentrasinya di area berbahaya merupakan faktor yang sangat penting. Jika energi pengapian minimum lebih rendah dari energi pelepasan, ada risiko kebakaran.

Sengatan listrik

Semakin banyak perhatian diberikan pada pertanyaan tentang risiko guncangan statis di perusahaan industri. Hal ini disebabkan oleh peningkatan yang signifikan dalam persyaratan kesehatan dan keselamatan kerja.

Kejutan listrik yang disebabkan oleh listrik statis umumnya tidak terlalu berbahaya. Itu hanya tidak menyenangkan dan sering menimbulkan reaksi yang parah.

Ada dua penyebab umum syok statis:

Biaya induksi

Jika seseorang berada dalam medan listrik dan memegang benda bermuatan, seperti gulungan film, tubuhnya mungkin bermuatan.

Muatan tetap berada di tubuh operator jika ia mengenakan sepatu dengan sol isolasi hingga menyentuh peralatan yang diarde. Muatan mengalir ke tanah dan mengenai orang tersebut. Ini juga terjadi ketika operator menyentuh benda atau bahan bermuatan - karena sepatu isolasi, muatan terakumulasi di dalam tubuh. Saat operator menyentuh bagian logam peralatan, muatan dapat habis dan menyebabkan sengatan listrik.

Saat orang berjalan di atas karpet sintetis, listrik statis dihasilkan oleh kontak antara karpet dan sepatu. Kejutan listrik yang didapat pengemudi saat mereka keluar dari mobil dipicu oleh muatan yang terkumpul di antara kursi dan pakaian mereka saat mereka bangun. Solusi untuk masalah ini adalah menyentuh bagian logam dari mobil, seperti kusen pintu, sebelum diangkat dari jok. Hal ini memungkinkan muatan mengalir dengan aman ke tanah melalui bodi dan ban kendaraan.

Kejutan listrik yang diinduksi peralatan

Sengatan listrik seperti itu mungkin terjadi, meskipun lebih jarang terjadi daripada kerusakan yang dipicu oleh material.

Jika rel pengambil memiliki muatan yang signifikan, kebetulan jari-jari operator memusatkan muatan sedemikian rupa sehingga mencapai titik putus dan terjadi pelepasan. Juga, jika benda logam yang tidak dibumikan berada dalam medan listrik, benda itu dapat diisi dengan muatan induksi. Karena benda logam bersifat konduktif, muatan bergerak akan mengalir ke orang yang menyentuh benda tersebut.