Как характеристики материала влияют на статический заряд
Когда два материала соприкасаются и разделяются, полярность и величина заряда, которые возникают, указываются позициями материалов и их можно расположить в трибоэлектрический ряд.
Как характеристики материала влияют на статический заряд
Трибоэлектрический ряд
Таблицы трибоэлектрических рядов показывают, как генерируются заряды на различных материалах. Когда два материала соприкасаются и разделяются, один ближе к верхней части серии принимает положительный заряд, другой - отрицательный заряд при трении.
Материалы, которые далеко находятся друг от друга в таблице, как правило, имеют более высокую разность потенциалов, чем близко находящиеся материалы. Однако эти таблицы следует использовать только в качестве справочника, поскольку существует много материалов, которые трудно контролировать, чтобы обеспечить равный потенциал. Типичный трибоэлектрический ряд показан в Таблице 1.
Таблица 1. Типичный трибоэлектрический ряд.
Практически все материалы, включая частицы воды и пыли в воздухе, могут быть трибоэлектрически заряжены. Сколько заряда генерируется, куда этот заряд направлен и как быстро – функции физических, химических и электрических характеристик материала.
Изоляционные материалы (Диэлектрики)
Материал, который предотвращает или ограничивает поток электронов по его поверхности или через его объем, называется изолятором. Изоляторы имеют чрезвычайно высокое электрическое сопротивление, изоляционные материалы определяются как «материалы с поверхностным сопротивлением или объемным сопротивлением, равным или большим 1 × 1011 ом.» На поверхности изолятора может образоваться достаточно большое количество заряда.
Поскольку изоляционный материал не позволяет электронам быстро стекать, как положительные, так и отрицательные, заряды могут находиться на изоляционной поверхности одновременно, хотя и в разных местах. Избыток электронов в отрицательно заряженном месте может быть достаточным, чтобы компенсировать отсутствие электронов в положительно заряженном месте. Однако электроны не могут легко проходить по поверхности изоляционного материала, и оба заряда могут оставаться на месте очень долго. Единственный способ снять заряд с диэлектрика – это нейтрализовать его с помощью ионизаторов.
Проводящий материал
Проводящий материал, поскольку он имеет низкое электрическое сопротивление, позволяет электронам легко проходить по его поверхности или через его объем. Проводящие материалы имеют низкое электрическое сопротивление, меньше чем 1 × 104 Ом (поверхностное сопротивление) и 1 × 104 Ом (объемное сопротивление). Когда проводящий материал становится заряженным, заряд (т. е. дефицит или избыток электронов) будет равномерно распределен по поверхности материала.
Если заряженный проводящий материал контактирует с другим проводящим материалом, электроны будут разделены между материалами довольно легко. Если второй проводник присоединен к заземленному оборудованию с питанием от переменного тока или любому другому оборудования для заземления, то электроны будут устремляться к земле и избыточный заряд на проводнике будет нейтрализован. Электростатический заряд может создаваться трибоэлектрически на проводниках так же, как и на изоляторах. Пока проводник изолирован от других проводников или земли, статический заряд останется на проводнике. Если проводник заземлен, заряд будет устремляться к земле. Или, если заряженный проводник контактирует с другим проводником, заряд будет проходить между двумя проводниками.
Примерами проводящих материалов могут служить такие товары, как антистатические коврики и антистатические контейнеры.
Статические диссипативные материалы (Рассеивающие)
Значение электрического сопротивления находится между изоляционными и проводящими материалами (1 × 104 < 1× 1011 (поверхностное сопротивление или объемное сопротивление). Поток электронов может пройти вдоль или насквозь диссипативного материала, он управляется поверхностным сопротивлением или объемным сопротивлением материала.
Как и в случае двух вышесказанных типов материалов, заряд может генерироваться трибоэлектрически на статическом диссипативном материале. Однако, как и проводящий материал, статический диссипативный материал позволяет передавать заряд на землю или другие проводящие объекты. Перенос заряда из рассеивающего материала обычно занимает больше времени, чем из проводящего материала эквивалентного размера. Передачи заряда от статических диссипативных материалов значительно быстрее, чем от изоляторов, и медленнее, чем от проводящего материала.
Рассеивающий материал используется в изготовлении антистатических ковриков и антистатических пакетов.
Электростатическое поле
Заряженные материалы также имеют электростатическое поле и силовые линии. Проводящие объекты, помещенные в область действия этого электрического поля, будут поляризованы процессом, известным как индукция Рисунок 1. Отрицательное электрическое поле будет отталкивать электроны на поверхности проводящего элемента, который подвергается воздействию поля. Положительное электрическое поле будет притягивать электроны к поверхности, оставляя другие области положительно заряженными. Никаких изменений заряда элемента не произойдет при поляризации. Если проводящее или диссипативное изделие соединено с землей при поляризации, то заряд будет стремиться к земле из-за дисбаланса. Если электростатическое поле выключено и контакт заземления разорван, то заряд останется на предмете. Если изоляционный предмет перемещается в электрическое поле, электрические диполи будут стремиться, чтобы совмещаться с полем, создавая видимые поверхностные заряды. Диэлектрик (изоляционный материал) не может быть заряжен индукцией.
Рис.1. Индукция.
