ไฟฟ้าสถิต

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
สำหรับวิทยาศาสตร์ของไฟฟ้าสถิต ดูสถิตยศาสตร์ไฟฟ้า
สนามไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการกระจายตัวของประจุ (+) ส่วนเกิน
เมื่อผมของเด็กคนนี้สัมผัสกับแผ่นไถล ประจุบวกจะถูกสร้างสะสมขึ้นจนทำให้ผมแต่ละเส้นผลักกันเอง ผมยังสามารถดึงดูดกับผิวหน้าแผ่นไถลที่มีประจุลบอีกด้วย

ไฟฟ้าสถิต (อังกฤษ: Static electricity) คือความไม่สมดุลย์ของประจุไฟฟ้าภายในหรือบนพื้นผิวของวัสดุหนึ่ง ประจุยังคงอยู่กับที่จนกระทั่งมันสามารถจะเคลื่อนที่โดยอาศัยการไหลของอิเล็กตรอน (กระแสไฟฟ้า) หรือมีการปลดปล่อยประจุ (อังกฤษ: electrical discharge) ไฟฟ้าสถิตมีชื่อที่ขัดกับไฟฟ้ากระแสที่ไหลผ่านเส้นลวดหรือตัวนำอื่นและนำส่งพลังงาน[1]

ประจุไฟฟ้าสถิตสามารถสร้างขึ้นได้เมื่อไรก็ตามที่สองพื้นผิวสัมผัสกันและแยกจากกัน และอย่างน้อยหนึ่งในพื้นผิวนั้นมีความต้านทานสูงต่อกระแสไฟฟ้า (และดังนั้นมันจึงเป็นฉนวนไฟฟ้า) ผลกระทบทั้งหลายจากไฟฟ้าสถิตจะคุ้นเคยกับคนส่วนใหญ่เพราะผู้คนสามารถรู้สึก, ได้ยิน, และแม้แต่ได้เห็นประกายไฟเมื่อประจุส่วนเกินจะถูกทำให้เป็นกลางเมื่อถูกนำเข้ามาใกล้กับตัวนำไฟฟ้าขนาดใหญ่ (เช่นเส้นทางที่ไปลงดิน) หรือภูมิภาคที่มีประจุส่วนเกินที่มีขั้วตรงข้าม (บวกหรือลบ) ปรากฏการณ์ที่คุ้นเคยของช็อกจากไฟฟ้าสถิต หรือที่เจาะจงมากขึ้นคือการปลดปล่อยไฟฟ้าสถิต (อังกฤษ: electrostatic discharge) จะเกิดจากการเป็นกลางของประจุ

สาเหตุของการเกิดไฟฟ้าสถิต[แก้]

วัสดุทั้งหลายจะทำจากหลายอะตอมที่ปกติแล้วจะเป็นกลางทางไฟฟ้าเพราะพวกมันมีจำนวนของประจุบวก (โปรตอนในนิวเคลียส) และจำนวนของประจุลบ (อิเล็กตรอนใน "วงรอบนิวเคลียส") เท่ากัน ปรากฏการณ์ของไฟฟ้าสถิตจะเกิดขึ้นได้เมื่อมีการแยกประจุบวกและลบออกจากกัน เมื่อวัตถุสองชนิดสัมผัสกัน อิเล็กตรอนอาจย้ายจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง ทำให้วัตถุหนึ่งมีประจุบวกเกิน และอีกวัตถุหนึ่งมีประจุลบเกินในจำนวนที่เท่ากัน เมื่อแยกวัตถุทั้งสองออกจากกัน จึงเกิดการไม่สมดุลของประจุขึ้นในวัตถุแต่ละตัว วัตถุที่มีประจุลบเกิน ก็ถือว่าเกิดไฟฟ้าสถิตประจุลบ วัตถุที่ประจุบวกเกิน ก็เรียกว่าเกิดไฟฟ้าสถิตประจุบวก

การแยกประจุที่เหนี่ยวนำจากการสัมผัส

ดูบทความหลักที่: ผลกระทบไทรโบอิเล็กตริก

อิเล็กตรอนสามารถแลกเปลี่ยนกันระหว่างวัสดุโดยการสัมผัส วัสดุที่มีอิเล็กตรอนผูกพันอย่างอ่อนมีแนวโน้มที่จะสูญเสียพวกมันในขณะที่วัสดุที่มีวงรอบนอกมีที่ว่างมีแนวโน้มที่จะได้รับพวกมัน ธรรมชาตินี้เรียกว่าผลกระทบไทรโบอิเล็กตริก และเป็นผลให้วัสดุหนึ่งกลายเป็นมีประจุบวกและอีกวัสดุหนึ่งมีประจุลบ ขั้วและความแข็งแรงของประจุบนว้สดุทั้งสองทันทีที่พวกมันถูกแยกออกจากกันจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่สัมพันธ์กันระหว่างพวกมันในไฟฟ้าสถิต#ชุดของไทรโบอิเล็กตริก ผลกระทบไทรโบอิเล็กตริกเป็นสาเหตุหลักของการผลิตไฟฟ้าสถิตที่สังเกตได้ในชีวิตประจำวัน และในการสาธิตตามโรงเรียนมัธยมทางวิทยาศาสตร์ทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับการถูวัสดุที่แตกต่างเข้าด้วยกัน (เช่นขนสัตว์กับแกนอาคริลิค) การแยกประจุที่เหนี่ยวนำโดยการสัมผัสเป็นสาเหตุที่ทำให้เส้นผมของคุณตั้งขึ้นและทำให้เกิดการ "เกาะติดจากไฟฟ้าสถิต" (ตัวอย่างเช่นบอลลูนเมื่อขัดถูกับผมจะกลายเป็นมีประจุลบ เมื่ออยู่ใกล้กับกำแพงบอลลูนที่มีประจุจะดูดกับอนุภาคประจุบวกในผนังและสามารถ "เกาะติด" กับมัน ปรากฏให้เห็นว่ามันถูกแขวนต้านแรงโน้มถ่วงของโลก)

การแยกประจุที่เหนี่ยวนำจากความดัน

ดูบทความหลักที่: ผลกระทบไพโซอิเล็กตริก

ความเครียดเชิงกลที่จ่ายให้จะทำให้เกิดการแยกประจุในบางประเภทของผลึกและโมเลกุลเซรามิกส์

การแยกประจุที่เหนี่ยวนำจากความร้อน

ดูบทความหลักที่: ผลกระทบไพโรอิเล็กตริก

ความร้อนจะทำให้เกิดการแยกประจุในอะตอมหรือโมเลกุลของวัสดุบางอย่าง วัสดุไพโรอิเล็กตริกทั้งหมดยังเป็นไพโซอิเล็กตริกอีกด้วย คุณสมบัติของอะตอมหรือโมเลกุลของการตอบสนองต่อความร้อนและความดันจะสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด

การแยกประจุที่เหนี่ยวนำจากประจุ

ดูบทความหลักที่: การเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต

วัตถุที่มีประจุเมื่อถูกนำมาใกล้กับวัตถุที่เป็นกลางทางไฟฟ้​​าจะทำให้เกิดการแยกประจุภายในวัตถุที่เป็นกลาง ประจุขั้วเดียวกันจะผลักกันและประจุขั้วตรงข้ามกันจะดูดกัน เมื่อแรงอันเนื่องมาจากปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้าตกลงไปอย่างรวดเร็วตามระยะห่างที่เพิ่มขึ้น ประจุ (ขั้วตรงข้าม) ที่อยูใกล้มากกว่าจะส่งผลกระทบมากกว่าและวัตถุทั้งสองจะรู้สึกถึงแรงดึงดูด ผลจะเด่นชัดมากที่สุดเมื่อวัตถุที่เป็นกลางเป็นตัวนำไฟฟ้าเมื่อประจุมีอิสระมากขึ้นที่จะเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ การลงดินอย่างระมัดระวังของบางส่วนของวัตถุที่มีการแยกประจุที่เกิดขึ้นจากประจุสามารถเพิ่มหรือลดอิเล็กตรอนอย่างถาวร ปล่อยให้วัตถุเหลือแต่เพียงประจุุถาวร กระบวนการนี้​​้เป็นส่วนประกอบสำคัญในการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแวนเดอแกรฟฟ์ อุปกรณ์ที่ใช้กันทั่วไปในการสาธิตผลกระทบของไฟฟ้​​านิ่ง

การกำจัดและการป้องกันไฟฟ้าสถิต[แก้]

การกำจัดหรือการป้องกันการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิตอาจทำได้ง่ายๆแค่เปิดหน้าต่างหรือใช้เครื่องทำความชื้น (อังกฤษ: humidifier) เพื่อเพิ่มความชิ้นของอากาศ ทำให้อากาศเป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามากขึ้น เครื่องสร้างไอออนจากอากาศ (อังกฤษ: air ionizer) ก็สามารถทำงานได้เหมือนกัน[2]

อุปกรณ์ที่ไวเฉพาะต่อการปลดปล่อยประจุไฟฟ้า(โดยรวดเร็ว)อาจจะได้รับแก้ไขด้วยการใช้ตัวแทนต้านไฟฟ้าสถิตย์ซึ่งจะเพิ่มชั้นพิ้นผิวการนำไฟฟ้าเพื่อให้ประจุส่วนเกินมีการกระจายออกไปทั่วผิวหน้า น้ำยาปรับผ้านุ่มและแผ่นเป่าแห้งที่ใช้ในเครื่องซักผ้าและเครื่องอบผ้าเป็นตัวอย่างหนึ่งของตัวแทนต้านไฟฟ้าสถิตที่ใช้ในการป้องกันและกำจัดการยึดติดของประจุ[3]

อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำจำนวนมากที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีความไวเฉพาะต่อการปลดปล่อยประจุไฟฟ้า ถุงต้านไฟฟ้าสถิตมักใช้ห่ออุปกรณ์เพื่อปกป้องอุปกรณ์ดังกล่าว คนที่ทำงานกับวงจรที่มีอุปกรณ์เหล่านี้มักจะลงดินตัวเขาเองด้วยสายรัดข้อมือต้านไฟฟ้าสถิต[4][5]

ในโรงงานอุตสาหกรรมเช่นโรงงานสีหรือแป้งหรือในโรงพยาบาล, รองเท้าปลอดภัยต้านไฟฟ้าสถิตบางครั้งถูกนำมาใช้เพื่อป้องกันการสะสมของประจุไฟฟ้าเนื่องจากมันจะสัมผัสกับพื้น รองเท้าเหล่านี้มีพื้นรองเท้าที่มีการนำไฟฟ้าที่ดี รองเท้าต้านไฟฟ้าสถิตไม่ควรจะสับสนกับรองเท้าฉนวนซึ่งจะให้ผลตรงกันข้าม เพราะรองเท้าฉนวนใช้ป้องกันไฟฟ้าช็อกอย่างรุนแรงจากไฟฟ้าสายเมน[6]

ตัวอย่างถุงต้านไฟฟ้าสถิตใช้ใส่แผ่นวงจรเครือข่าย ถุงมีสารป้องกันไฟฟ้าสถิตเคลือบอยู่ ก่อนเปิดถุงต้องเอาตัวถุงสัมผัสกับกราวด์ก่อนเพื่อความปลอดภัยของอุปกรณ์ภายในถุง

การปลดปล่อยไฟฟ้าสถิต[แก้]

ประกายไฟที่เกิดจากไฟฟ้าสถิตจะเกิดจากการปลดปล่อยไฟฟ้าสถิต เมื่อประจุส่วนเกินจะถูกเป็นกลางโดยการไหลของประจุจากหรือไปยังสภาพแวดล้อม

ความรู้สึกของไฟฟ้าช็อกจะเกิดจากการกระตุ้นของเส้นประสาทเมื่อกระแสเป็นกลางไหลผ่านร่างกายมนุษย์ พลังงานที่เก็บไว้ในรูปไฟฟ้าสถิตย์บนวัตถุหนึ่งจะแปรผันขึ้นอยู่กับขนาดของวัตถุและค่าคาปาซิแตนซ์ของมัน, แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ใส่ประจุให้มัน และค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลางโดยรอบ สำหรับการสร้างแบบจำลองของ ผลกระทบของการปล่อยปล่อยไฟฟ้าสถิตบนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความไว มนุษย์จะถูกแสดงเป็นตัวเก็บประจุขนาด 100 pf ถูกใส่ประจุจากแรงดันไฟฟ้า 4000 ถึง 35000 โวลต์ เมื่อสัมผัสกับวัตถุ พลังงานนี้จะถูกปลดปล่อยในเวลาน้อยกว่าหนึ่งส่วนล้านวินาที[7] ในขณะที่พลังงานทั้งหมดมีขนาดเล็ก ด้วยค่าสิบยกกำลังของมิลลิจูล มันก็ยังสามารถสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความไว วัตถุขนาดที่ใหญ่กว่าจะเก็บพลังงานได้มากกว่า ซึ่งอาจเป็นอันตรายโดยตรงจากการสัมผัสของมนุษย์ หรืออาจจะให้ประกายไฟที่สามารถจุดชนวนก๊าซหรือฝุ่นละอองไวไฟ

ฟ้าผ่า[แก้]

การปลดปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตย์ตามธรรมชาติ
ดูบทความหลักที่: ฟ้าผ่า

ฟ้าผ่าเป็นตัวอย่างที่เกิดตามธรรมชาติที่ดราม่าอย่างหนึ่งของการปลดปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตย์ ในขณะที่รายละเอียดยังไม่ชัดเจนและยังคงเป็นเรื่องหนึ่งของการอภิปราย มีการคิดกันว่าการแยกประจุในช่วงเริ่มต้นถูกน่าจะเชื่อมโยงกับการสัมผัสกันระหว่างอนุภาคน้ำแข็งด้วยกันภายในเมฆพายุ โดยทั่วไปการสะสมประจุอย่างมีนัยสำคัญจะสามารถคงอยู่ในภูมิภาคของการนำไฟฟ้าที่ต่ำเท่านั้น (มีประจุอิสระน้อยมากที่เคลื่อนที่อยู่รอบ ๆ) ด้วยเหตุนี้การไหลของประจุที่เป็นกลางมักจะเป็นผลมาจากอะตอมและโมเลกุลที่เป็นกลางในอากาศที่ถูกฉีกออกเพื่อแยกประจุบวกและประจุลบออกจากกัน ซึ่งจะเดินทางไปในทิศทางตรงข้ามเหมือนเป็นกระแสไฟฟ้าหนึ่งซึ่งจะทำให้การสะสมเดิมของประจุเป็นกลาง ประจุไฟฟ้าสถิตในอากาศโดยทั่วไปจะแตกตัวในลักษณะนี้ที่แรงดันไฟฟ้าประมาณ 10,000 โวลต์ต่อเซนติเมตร (10 กิโลโวลต์/ซม.) ขึ้นอยู่กับความชื้น[8] การปลดปล่อยประจุจะสร้างความร้อนยิ่งยวดให้กับอากาศโดยรอบมำให้เกิดเป็นแสงวาบ (หรือที่เรียกว่าฟ้าแลบ) และผลิตคลื่นช็อกเป็นเสียงฟ้าร้อง สายฟ้าผ่าเป็นเพียงเวอร์ชั่นรุ่นที่ถูกปรับให้มีขนาดสูงขึ้นจากประกายไฟที่เห็นได้ในเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในท้องถิ่นส่วนใหญ่ของการปล่อยปล่อยไฟฟ้าสถิต แสงวาบเกิดขึ้นเนื่องจากอากาศในช่องทางการปลดปล่อยประจุถูกทำให้มีความร้อนที่อุณหภูมิสูงซะจนมันเปล่งแสงจากความร้อน

ไฟฟ้าสถิตสะสมในวัสดุของไหลที่ไวไฟและจุดระเบิดได้[แก้]

การปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตสามารถสร้างอันตรายอย่างรุนแรงในอุตสาหกรรมเที่ต้องทำงานกับสารไวไฟที่ประกายไฟฟ้าขนาดเล็กอาจจุดชนวนส่วนผสมที่ระเบิดได้[9]

การไหลของสารที่เป็นผงละเอียดหรือของเหลวการนำต่ำในท่อหรือผ่านการกวนเชิงกลสามารถสะสมไฟฟ้าสถิตย์ได้[10] การไหลของเม็ดของวัสดุเช่นทรายลงไปตามรางพลาสติกสามารถถ่ายโอนประจุได้ ซึ่งสามารถวัดได้อย่างง่ายดายโดยใช้มัลติมิเตอร์เชื่อมต่อกับฟอยล์โลหะที่ซับในรางช่วงเวลานั้น และสามารถเป็นสัดส่วนหยาบ ๆ กับการไหลของอนุภาค[11] เมฆฝุ่นของสารที่เป็นผงละเอียดสามารถไหม้ไฟหรือระเบิดได้ เมื่อมีการปบลดปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตในฝุ่นหรือเมฆไอน้ำ การระเบิดก็เกิดขึ้นได้ ท่ามกลางอุบัติการณ์ในอุตสาหกรรมหลักที่เคยเกิดขึ้นก็คือไซโลเมล็ดพืชในภาคตะวันตกเฉียงใต้ของฝรั่งเศส, โรงงานสีในประเทศไทย, โรงงานทำแม่พิมพ์ไฟเบอร์กลาสในแคนาดา, การระเบิดถังเก็บในเมืองเกลนพูลรัฐโอคลาโฮมาในปี 2003 และการดำเนินงานถังบรรจุแบบเคลื่อนที่และคลังน้ำมันในเมือง Des Moines ร้ฐไอโอวา และเมืองแวลลีย์เซนเตอร์รัฐแคนซัสในปี 2007[12][13][14]

ความสามารถของของเหลวที่จะเก็บประจุไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับการนำไฟฟ้าของมัน เมื่อของเหลวการนำต่ำไหลผ่านท่อหรือถูกเขย่าด้วยเครื่องกล การแยกประจุที่เหนี่ยวนำโดยการสัมผัสที่เรียกว่า ไฟฟ้าจากการไหล (อังกฤษ: flow electrification) จะเกิดขึ้น[15] ของเหลวที่มีการนำไฟฟ้าต่ำ (ต่ำกว่า 50 picosiemens ต่อเมตร) จะถูกเรียกว่าตัวสะสม ของเหลวที่มีการนำสูงกว่า 50 pS/m จะเรียกว่าตัวไม่สะสม ในตัวไม่สะสม ประจุจะฟื้นคืนสภาพได้เร็วที่สุดเท่าที่พวกมันจะแยกออกจากกัน ดังนั้นการสะสมประจุไฟฟ้าจึงไม่ได้มีนัยสำคัญ ในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี 50 pS/m คือค่าต่ำสุดการนำไฟฟ้าที่แนะนำสำหรับการกำจัดที่เพียงพอของประจุจากของเหลว

น้ำมันก๊าด (อังกฤษ: Kerosine) อาจมีการนำไฟฟ้าตั้งแต่น้อยกว่า 1 pS/m จนถึง 20 pS/m เมื่อเปรียบเทียบกัน น้ำที่ถอดไอออนออกแล้วจะมีการนำประมาณ 10,000,000 pS/m หรือ 10 µS/m[16]

น้ำมันหม้อแปลงเป็นส่วนหนึ่งของระบบฉนวนไฟฟ้าของหม้อแปลงไฟฟ้​​าขนาดใหญ่และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ การเติมมันลงไปใหม่ให้กับอุปกรณ์ขนาดใหญ่ต้องป้องกันการเติมประจุไฟฟ้าสถิตของของเหลวซึ่งอาจเกิดความเสียหายต่อฉนวนของหม้อแปลงที่มีความไว

การเติมเชื้อเพลิง[แก้]

การไหลของของเหลวไวไฟเช่นน้ำมันเบนซินภายในท่อสามารถสร้างและสะสมไฟฟ้าสถิต ของเหลวไม่มีขั้วเช่นเบนซิน, โทลูอีน, ไซลีน, ดีเซล, น้ำมันก๊าดและน้ำมันดิบชนิดเบาแสดงความสามารถที่สำคัญสำหรับการสะสมประจุและการเก็บรักษาประจุในระหว่างการไหลด้วยความเร็วสูง การปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตสามารถจุดประกายไอน้ำมันเชื้อเพลิง[17] เมื่อพลังงานการปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตสูงพอ มันจะสามารถจุดประกายไอน้ำมันเชื้อเพลิงกับส่วนผสมอากาศ เชื้อเพลิงที่แตกต่างกันจะมีขีดจำกัดไวไฟแตกต่างกันและต้องมีพลังงานปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตที่จะจุดชนวนในที่ระดับที่แตกต่างกันด้วย

การปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตในขณะเติมพลังงานด้วยน้ำมันเบนซินเป็นอันตรายที่เกิดขึ้นที่สถานีบริการน้ำมัน.[18] ไฟยังสามารถเกิดขึ้นที่สนามบินในขณะเติมน้ำมันอากาศยานด้วยน้ำมันก๊าด เทคโนโลยีการลงดินใหม่ ๆ เช่นการใช้วัสดุที่เป็นตัวนำบวกกับสารป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ช่วยในการป้องกันหรือช่วยกระจายการสะสมของไฟฟ้​​านิ่งได้อย่างปลอดภัย

การไหลของก๊าซเพียงอย่างเดียวในท่อสามารถสร้างไฟฟ้าสถิตขึ้นได้[19] มันมีการจินตนาการว่ากลไกการสร้างประจุจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่ออนุภาคของแข็งหรือหยดของเหลวจะถูกนำพาอยู่ในกระแสก๊าซเท่านั้น

การปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตในการสำรวจอวกาศ[แก้]

เนื่องจากความชื้นที่ต่ำอย่างรุนแรงในสภาพแวดล้อมต่างดาว ประจุไฟฟ้าสถิตขนาดใหญ่มากสามารถสะสมขึ้นได้ ก่อให้เกิดอันตรายอย่างใหญ่หลวงกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนที่ใช้ในยานพาหนะการสำรวจอวกาศ ไฟฟ้าสถิตถูกคิดว่าจะเป็นอันตรายโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับนักบินอวกาศในภารกิจการวางแผนไปยังดวงจันทร์และดาวอังคาร การเดินข้ามภูมิประเทศที่แห้งอย่างสุดขั้วอาจทำให้พวกเขาสะสมประจุเป็นจำนวนมหาศาล การเอื้อมมือออกไปเปิดกลอนอากาศในขณะเดินทางการกลับของพวกเขาอาจก่อให้เกิดการปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตขนาดใหญ่ที่อาจทำลายอุปกณ์รอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความสำคัญ[20]

การแตกร้าวจากโอโซน[แก้]

ไฟล์:Ozone cracks in tube1.jpg
รอยร้าวโอโซนในท่อยางธรรมชาติ

การปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตในบริเวณที่มีการปรากฏตัวของอากาศหรือออกซิเจนสามารถสร้างโอโซนขึ้นได้ โอโซนสามารถลดคุณภาพชิ้นส่วนที่เป็นยาง สารที่มีคุณสมบัติยืดหยุ่นแบบยางธรรมชาติ (อังกฤษ: elastomer) จำนวนมากมีความไวต่อการแตกร้าวจากโอโซน การเปิดรับต่อโอโซนจะสร้างรอยแตกทะลุลึกลงไปในองค์ประกอบที่สำคัญเช่นปะเก็นและโอริง นอกจากนี้ท่อส่งน้ำมันเชื้อเพลิงยังมีความเสี่ยงที่จะเกิดปัญหาเว้นแต่จะมีมาตรการป้องกันที่รวมถึงการใส่สารต้านโอโซนลงในส่วนผสมยาง หรือใช้ยางที่ทนต่อโอโซน ไฟไหม้จากท่อน้ำมันเชื้อเพลิงที่มีรอยแตกได้สร้างปัญหากับยานพาหนะมานาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนของเครื่องยนต์ที่โอโซนสามารถถูกผลิตขึ้นโดยอุปกรณ์ไฟฟ้า

พลังงานที่เกี่ยวข้อง[แก้]

พลังงานที่ปล่อยออกจากการปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตย์อาจแตกต่างกันไปอย่างกว้างขวาง พลังงาน E มีค่าเป็นจูลส์สามารถคำนวณได้จากค่าคาปาซิแตนซ์ (C) ของวัตถุและศักย์ไฟฟ้าสถิต V มีค่าเป็นโวลต์ (V) โดยใช้สูตร E = ½CV2.[21] ผู้ทดลองประมาณความจุของร่างกายมนุษย์สูงที่สุดได้ถึง 400 picofarads และด้วยความดันปลดปล่อยประจุที่ 50,000 โวลต์ เช่นในระหว่างการสัมผัสกับรถยนต์ที่มีประจุ จะสร้างประกายไฟด้วยพลังงาน 500 millijoules[22] การประมาณการอีกประการหนึ่งคือ 100-300 pF และ 20,000 โวลต์, สามารถผลิตพลังงานสูงสุดที่ 60 มิลลิจูล[23] IEC 479-2:1987 ระบุว่าการปลดปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตที่มีพลังงานสูงกว่า 5000 mJ เป็นความเสี่ยงร้ายแรงโดยตรงต่อสุขภาพของมนุษย์ IEC 60065 ระบุว่าสินค้าอุปโภคบริโภคไม่สามารถปลดปล่อยมากกว่า 350 mJ เข้าสู่คน

ศักย์ไฟฟ้าสูงสุดจะถูกจำกัดไว้ที่ประมาณ 35-40 กิโลโวลต์เนื่องจากการปลดปล่อยโคโรนา (อังกฤษ: corona discharge) (การปล่อยประจุเป็นแสงเรือง) ที่กระจายประจุที่ศักย์ไฟฟ้าสูง ศักย์ไฟฟ้าที่ต่ำกว่า 3000 โวลต์มักจะไม่สามารถตรวจพบได้โดยมนุษย์ ศักย์ไฟฟ้าสูงสุดที่มักจะพบได้บนร่างกายมนุษย์จะมีช่วงระหว่าง 1 kV จนถึง 10 kV แม้ว่าในสภาวะที่เหมาะสมค่าสูงที่สุดจะอยู่ที่ 20-25 กิโลโวลต์ ความชื้นสัมพัทธ์ต่ำจะช่วเพิ่มประจุสะสม; การเดิน 20 ฟุต (6.1 เมตร) บนพื้นไวนิลที่ความชื้นสัมพัทธ์ 15% จะทำให้เกิดการสะสมของแรงดันไฟฟ้าได้ถึง 12 กิโลโวลต์ในขณะที่ความชื้น 80% แรงดันไฟฟ้าจะมีเพียง 1.5 kV เท่านั้น[24]

พลังงานประกายไฟเพียง 0.2 millijoules อาจสร้างอันตรายจากการเผาไหม้; พลังงานที่ต่ำดังกล่าวมักจะต่ำกว่าเกณฑ์ของการรับรู้ทางสายตาและหูของมนุษย์

พลังงานการจุดประกายโดยทั่วไปคือ:

  • 0.017 mJ สำหรับไฮโดรเจน
  • 0.2-2 mJ สำหรับไอระเหยสารไฮโดรคาร์บอน
  • 1-50 mJ ฝุ่นละเอียดที่ติดไฟได้ดี
  • 40-1000 mJ ฝุ่นหยาบไวไฟ

พลังงานที่จำเป็นให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ (ต้องการอ้างอิง) อยู่ระหว่าง 2 ถึง 1000 นาโนจูลส์[25]

พลังงานที่ค่อนข้างเล็ก มักจะเพียง 0.2-2 มิลลิจูลส์ เป็นสิ่งจำเป็นที่จะจุดชนวนส่วนผสมไวไฟของน้ำมันเชื้อเพลิงและอากาศ สำหรับก๊าซและตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอนอุตสาหกรรมทั่วไป พลังงานจุดระเบิดขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับจุดระเบิดสารผสมไอระเหยกับอากาศจะต่ำสุดสำหรับความเข้มข้นของไอระเหยที่อยู่ตรงกลางโดยประมาณระหว่างขีดจำกัดการระเบิดตัวล่างและขีดจำกัดการระเบิดตัวบน และเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อความเข้มข้นเบี่ยงเบนไปจากจุดเหมาะสมนี้ไปด้านใดด้านหนึ่ง ละอองของของเหลวไวไฟอาจถูกจุดระเบิดที่จุดต่ำกว่าจุดวาบไฟ (อังกฤษ: flash point) ของพวกมัน โดยทั่วไปละอองของเหลวที่มีอนุภาคขนาดต่ำกว่า 10 ไมโครเมตรจะทำตัวเหมือนไอระเหย อนุภาคขนาดสูงกว่า 40 ไมโครเมตรจะทำตัวเหมือนฝุ่นที่ติดไฟมากกว่า ปกติความเข้มข้นไวไฟต่ำสุดของละอองจะอยู่ระหว่าง 15 ถึง 50 g/m3 ในทำนองเดียวกันการปรากฏตัวของโฟมบนพื้นผิวของของเหลวไวไฟเพิ่มความสามารถจุดระเบิดอย่างมีนัยสำคัญ สเปรย์ฝุ่นไวไฟสามารถจุดระเบิดได้เช่นกัน ส่งผลให้เกิดการระเบิดฝุ่น (อังกฤษ: dust explosion) ขีดจำกัดการระเบิดตัวล่างมักจะอยู่ระหว่าง 50 ถึง 1000 g/m3; ฝุ่นที่ละเอียดกว่ามีแนวโน้มที่จะเกิดระเบิดได้มากกว่าและใช้พลังงานจุดประกายน้อยกว่าเพื่อระเบิดออกไป การปรากฏตัวพร้อมกันของไอระเหยไวไฟและฝุ่นที่ติดไฟได้สามารถลดพลังงานจุดระเบิดได้อย่างมีนัยสำคัญ; เพียง 1 ปริมาตร.% ของโพรเพนในอากาศสามารถลดพลังงานจุดระเบิดของฝุ่นละอองที่จำเป็นได้เป็น 100 เท่า ปริมาณออกซิเจนในชั้นบรรยากาศที่สูงกว่าปกติก็ช่วยลดพลังงานการจุดระเบิดได้อย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน[26]

มีห้าประเภทของการปลดปล่อยไฟฟ้า:

  • ประกายไฟฟ้า ที่รับผิดชอบกับส่วนใหญ่ของการเกิดเพลิงไหม้และการระเบิดในโรงงานอุตสาหกรรมในสถานที่ที่ไฟฟ้าสถิตมีส่วนเกี่ยวข้อง ประกายไฟฟ้าจะเกิดขึ้นระหว่างวัตถุต่อวัตถุที่มีศักย์ไฟฟ้าแตกต่างกัน การลงดินที่ดีของทุกส่วนของอุปกรณ์และการป้องกันการสะสมประจุบนอุปกรณ์และบุคลากรจะถูกใช้เป็นมาตรการป้องกัน
  • Brush discharge เกิดขึ้นจากพื้นผิวที่ไม่นำไฟฟ้าแต่มีประจุหรือของเหลวที่ไ​​ม่นำไฟฟ้าแต่มีประจุสูง พลังงานจะถูกจำกัดไว้ที่ประมาณ 4 มิลลิจูลส์ ที่จะเป็นอันตรายแรงดันไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องจะต้องสูงกว่าที่ประมาณ 20 กิโลวัตต์ ขั้วพื้นผิวจะต้องเป็นลบ บรรยากาศไวไฟจะต้องปรากฏที่จุดของการปลดปล่อยประจุ และพลังงานการปล่อยจะต้องมีเพียงพอที่จะจุดระเบิด ต่อไป เนื่องจากพื้นผิวที่มีความหนาแน่นของประจุสูงสุด พื้นที่อย่างน้อย 100 ซม2 จะต้องเข้ามาเกี่ยวข้อง นี้ไม่ได้รับการพิจารณาว่าเป็นอันตรายสำหรับเมฆฝุ่น
  • Propagating brush discharge มีพลังงานสูงและเป็นอันตราย เกิดขึ้นเมื่อผิวฉนวนหนาได้ถึง 8 มิลลิเมตร (เช่นเทฟลอนหรือแก้วเยื่อบุของท่อโลหะสายดินหรือเครื่องปฏิกรณ์) ม๊โอกาสที่ประจุขนาดใหญ่จะสะสมระหว่างพื้นผิวตรงข้ามกัน ทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุที่มีพื้นที่ขนาดใหญ่
  • Cone discharge หรือเรียกว่า bulking brush discharge จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของผงที่มีประจุและมีความต้านทานสูงกว่า 1010 โอห์ม หรือลึกผ่านมวลผงอีกด้วย Cone discharge มักจะไม่สามารถสังเกตเห็นได้ในปริมาณฝุ่นละอองต่ำกว่า 1 m3 พลังงานที่เกี่ยวข้องจะขึ้นอยู่กับขนาดของเม็ดผงและขนาดของประจุ และสามารถสูงได้ถึง 20 mJ ปริมาณฝุ่นละอองที่มีขนาดใหญ่กว่าก็ผลิตพลังงานที่สูงกว่า
  • Corona discharge ไม่ถือว่าเป็นอันตราย

การนำไปใช้ประโยชน์[แก้]

  • ใช้ในเครื่องถ่ายเอกสาร มีหลักการทำงานที่สำคัญคือ แผ่นฟิล์มที่ฉาบด้วยวัสดุตัวนำ ที่มีคุณสมบัติเป็นตัวนำเมื่อถูกแสงและเป็นฉนวนเมื่อไม่ได้ถูกแสง เมื่อเครื่องเริ่มทำงาน แผ่นฟิล์มจะถูกทำให้มีประจุไฟฟ้าบวกทั่วทั้งแผ่น และจะสอ่งแสงไปยังสิ่งพิมพ์ผ่านเลนส์ไปกระทบกับแผ่นฟิล์ม ส่วนที่เป็นสีขาวบนสิ่งพิมพ์แสงจะทะลุผ่านออกมากระทบแผ่นฟิล์ม ทำให้บริเวณที่ถูกแสงเป็นตัวนำ เป็นผลให้บริเวณนั้นมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า ส่วนตัวอักษรหรือภาพลายเส้นที่เป็นสีดำจะดูดกลืนแสงจึงไม่ให้แสงผ่านออกมากระทบแผ่นฟิล์มทำให้บริเวณที่ไม่ถูกแสงบนแผ่นฟิล์มคงยังมีประจุไฟฟ้าบวกอยู่ เมื่อพ่นผงหมึกที่มีประจุไฟฟ้าลบไปที่แผ่นฟิล์ม ผงหมึกจะไปเกาะเฉพาะบริเวณที่มีประจุบวกเท่านั้น ส่วนบริเวณอื่นที่ไม่มีประจุไฟฟ้าก็จะไม่มีผงหมึกเกาะ ทำให้เห็นเป็นภาพของต้นฉบับบนแผ่นฟิล์ม และเมื่อกดแผ่นกระดาษประจุบวกลงบนแผ่นฟิล์มที่มีผงหมึกก็จะได้ภาพสำเนาปรากฏบนแผ่นกระดาษ นำกระดาษนี้ไปอบความร้อนเพื่อให้ผงหมึกติดแน่นก็จะได้ภาพสำเนาบนแผ่นกระดาษที่ชัดเจนและถาวร
  • ใช้ในการพ่นสี เครื่องพ่นสีใช้สำหรับพ่นผงหรือละอองสี เพื่อให้สีเกาะติดชิ้นงานได้ดีกว่าการพ่นแบบธรรมดา ใช้หลักการทำผงหรือละอองสีกลายเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าขณะผงถูกพ่นออกจากเครื่องพ่น มีผลให้ผงหรือละอองสีที่มีประจุไฟฟ้านั้นมแรงดึงดูดกับผิวชิ้นงานและจะเกาะติดชิ้นงานนั้นได้ดี
  • ใช้ในเครื่องพิมพ์ Inkjet
  • ใช้กับไมโครโฟรแบบตัวเก็บประจุ หลักการของไมโครโฟนแบบตัวเก็บประจุคือ ประกอบด้วยแผ่นโลหะ 2 แผ่นที่ขนานกัน แผ่นหนึ่งทำหน้าที่เป็นไดอะแฟรมรับคลื่นเสียง ส่วนแผ่นที่สองยึดติดกับฐาน โดยแผ่นที่รับคลื่นเสียงจะบางมากเมื่อมีคลื่นเสียงมากระทบ มันจะสั่นตามความถี่และกำลังของคลื่น ผลจากการสั่นของแผ่นบางนี้ จะทำให้ความจุไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง เมื่อต่อไมโครโฟนแบบตัวเก็บประจุนี้อนุกรมกับตัวต้านทานความต่างศักย์คร่อมไมโครโฟนแบบตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนแปลงตามความถี่ของคลื่นเสียง เป็นผลให้เกิดสัญญาณไฟฟ้า

ไมโครโฟนแบบตัวเก็บประจุนี้เราสามารถนำไปใช้กับการร้องเพลง การพูด จะได้เสียงที่ชัดเจน และเป็นไมโครโฟนที่นิยมใช้

อ่านเพิ่มเติม[แก้]

อ้างอิง[แก้]

  1. Dhogal (1986). Basic Electrical Engineering, Volume 1. Tata McGraw-Hill. p. 41. ISBN 978-0-07-451586-0. 
  2. "Ionizers and Static Eliminators". GlobalSpec. 2009. สืบค้นเมื่อ 2009-04-13. 
  3. "Fabric Softener and Static". Ask a Scientist, General Science Archive. US Department of Energy. 2003. สืบค้นเมื่อ 2009-04-13. 
  4. "Antistatic Bags for Parts". PC Chop Shop (John Wiley and Sons). 2004. ISBN 978-0-7821-4360-7. สืบค้นเมื่อ 2009-04-13. 
  5. "Antistatic Wrist Strap". PC Chop Shop (John Wiley and Sons). 2004. ISBN 978-0-7821-4360-7. สืบค้นเมื่อ 2009-04-13. 
  6. "Safetoes: Safety Footwear". Safetoes. Trojan Tooling. 2004. สืบค้นเมื่อ 2009-04-13. 
  7. Carlos Hernando Díaz, Sung-Mo Kang, Charvaka Duvvury, Modeling of electrical overstress in integrated circuits Springer, 1995 ISBN 0-7923-9505-0 page 5
  8. J. J. Lowke (1992). "Theory of electrical breakdown in air". Journal of Physics D: Applied Physics 25 (2): 202–210. Bibcode:1992JPhD...25..202L. doi:10.1088/0022-3727/25/2/012. 
  9. Kassebaum, J. H. & Kocken, R. A. (1995). "Controlling Static Electricity in Hazardous (Classified) Locations". Petroleum and Chemical Industry 42nd Annual Conference Papers: 105–113. doi:10.1109/PCICON.1995.523945. ISBN 0-7803-2909-0. 
  10. Wagner, John P.; Clavijo, Fernando Rangel Electrostatic charge generation during impeller mixing of used transformer oil Department of Nuclear Engineering, Safety Engineering and Industrial Hygiene Program, Texas A&M University, College Station, online 21 August 2000; accessed Jan 2009 doi:10.1016/S0304-3886(00)00019-X
  11. Downie, Neil A., Exploding Disk Cannons, Slimemobiles and 32 Other Projects for Saturday Science (Johns Hopkins University Press (2006), ISBN 978-0-8018-8506-8, chapter 33, pages 259-266 "Electric Sand"
  12. Hearn, Graham (1998). "Static electricity: concern in the pharmaceutical industry?". Pharmaceutical Science & Technology Today 1 (7): 286–287. doi:10.1016/S1461-5347(98)00078-9. 
  13. Storage Tank Explosion and Fire in Glenpool, Oklahoma April 7, 2003 National Transportation Safety Board
  14. Static Spark Ignites Flammable Liquid during Portable Tank Filling Operation Chemical Safety Board October 29, 2007
  15. Egorov, V.N. (1970). "Electrification of petroleum fuels". Khimiya i Tekhnologiya Topliv i Masel 4: 20–25. 
  16. Chevron Corporation Aviation Fuels Technical Review 2006, accessed Dec 2008
  17. Hearn, Graham Static electricity – guidance for Plant Engineers – Wolfson Electrostatics University of Southampton 2002; accessed Dec 2008
  18. "CarCare – Auto Clinic" Popular Mechanics, April 2003, p. 163.
  19. Kinzing, G.E., 'Electrostatic Effects in Pneumatic Transport: Assessment, Magnitudes and Future Direction', Journal Pipelines, 4, 95–102, 1984
  20. "NASA – Crackling Planets". สืบค้นเมื่อ 2008-01-20. 
  21. Nomograms for capacitive electrostatic discharge risk assessment. Ece.rochester.edu. Retrieved on 2010-02-08.
  22. "High voltage safety: VandeGraaff Electrostatic Generator". amasci.com. สืบค้นเมื่อ 2010-01-27. 
  23. Index. Wolfsonelectrostatics.com. Retrieved on 2011-03-17.
  24. M.A. Kelly, G.E. Servais and T.V. Pfaffenbach An Investigation of Human Body Electrostatic Discharge, ISTFA ’93: The 19th International Symposium for Testing & Failure Analysis, Los Angeles, California, USA/15–19 November 1993
  25. "ESD Terms". eed.gsfc.nasa.gov. สืบค้นเมื่อ 2010-01-27. 
  26. Static Electricity Guidance for Plant Engineers Graham Hearn – Wolfson Electrostatics, University of Southampton