На чем основана электростатическая защита: Электростатическая защита

Содержание

Электростатическая защита

В состоянии равновесия избыточных
зарядов внутри проводника нет – вещество
внутри проводника электрически
нейтрально. Поэтому удаление вещества
из некоторого объема проводника поля
нигде не изменит, т.е. никак не отразиться
на равновесном расположении зарядов.
Это значит, что избыточный заряд
распределяется на проводнике с полостью
так же, как и на сплошном – по его наружной
(внешней) поверхности.

Таким образом, если в полости нет
электрических зарядов, электрическое
поле в ней равно нулю. Внешние заряды,
в частности заряды на наружной поверхности
проводника не создают в полости внутри
проводника никакого электрического
поля.

Именно на этом основана электростатическая
защита – экранирование тел, например
измерительных приборов, от влияния
внешних электростатических полей.
Практически сплошной проводник-оболочка
может быть заменен достаточно густой
металлической сеткой.

Ускоритель Ван-дер-Граафа

Тем обстоятельством, что заряды
распределяются на внешней поверхности
проводника, часто пользуются на практике.
Когда желают полностью перенести заряд
кого-нибудь проводника на электроскоп
(или электрометр), то к электроскопу
присоединяют по возможности замкнутую
металлическую полость и вводят заряженный
проводник внутрь этой полости. Проводник
полностью разряжается и весь его заряд
переходит на электроскоп. Это
приспособление, в честь Фарадея, называют
«фарадеевым цилиндром», так как на
практике эта полость чаще сего выполняется
в виде металлического цилиндра.

Ван-дер-Грааф предложил использовать
свойства фарадеевого цилиндра для
получения очень высоких напряжений.
Принцип действия его машины показан на
рис. Бесконечная лента из какого-нибудь
изолирующего материала, например шелка,
движется при помощи мотора на двух
роликах и одним своим концом заходит
внутрь полого, изолированного от Земли,
металлического шара. Вне шара лента при
помощи кисточки заряжается каким-либо
источником, например батареей или
электрической машиной
,
до напряжения 30-50кВ относительно Земли,
если второй полюс батареи или машины
заземлен. Попадая внутрь шара, заряженные
участки ленты касаются кисточки в шаре
и полностью отдают шару свой заряд,
который сейчас же перераспределяется
по внешней поверхности шара. Благодаря
этому ничто не препятствует переносу
заряда на шар. Напряжение между шаром
и Землей непрерывно увеличивается.
Таким образом, можно получить огромное
напряжение в несколько миллионов вольт.
Подобные машины применяются в опытах
по расщеплению атомных ядер.

Электроемкость уединенного проводника.

Рассмотрим какой-либо уединенный
проводник, т.е. проводник, удаленный от
других проводников, тел, зарядов. Опыт
показывает, что между зарядом

такого проводника и его потенциалом

существует прямая пропорциональность:
.
Следовательно,

не зависит от заряда
,
для каждого уединенного проводника это
отношение имеет свое значение. Величину

(3.1)

называют электроемкостью уединенного
проводника (сокращенно емкостью). Стоит
заметить, что емкость зависит от размеров
и формы проводника.

За единицу емкости принимают емкость
такого проводника, потенциал которого
изменяется на 1 В при сообщении ему
заряда 1Кл. Эту единицу емкости называют
фарадом (Ф).

Фарад – очень большая величина, емкостью
1 Ф обладал бы уединенный шар радиусом
9 млн. км, что в 1500 раз больше радиуса
Земли ( емкость Земли С = 0,7 мФ). На практике
часто приходиться использовать емкости
от 1 мкФ до 1 пФ.

Конденсаторы.

Существуют такие конфигурации
проводников, при которых электрическое
поле оказывается сосредоточенным
(локализованным) лишь в некоторой области
пространства. Такие системы называются
конденсаторами,
а проводники, составляющие конденсатор,
называются обкладками

Основной характеристикой конденсатора
является его емкость. В отличие от
емкости уединенного проводника под
емкостью конденсатора понимают отношение
заряда конденсатора к разности потенциалов
между обкладками

,
(3.2)

где под зарядом
имеют
виду заряд, который расположен на
положительной обкладке конденсатора.

Емкость конденсатора зависит от его
геометрии (размеров и формы обкладок),
от зазора между ними и от заполняющего
между обкладками пространство вещества.

Емкость плоского конденсатора.

Простейший конденсатор – система из
двух плоских проводящих пластин,
расположенных параллельно друг другу
на малом по сравнению с размерами пластин
расстоянии и разделенных слоем
диэлектрика. Такой конденсатор называется
плоским.
Электрическое поле плоского конденсатора
в основном локализовано между пластинами;
однако, вблизи краев пластин и в окружающем
пространстве также возникает сравнительно
слабое электрическое поле, которое
называют полем
рассеяния
. В целом ряде
задач можно приближенно пренебрегать
полем рассеяния и полагать, что
электрическое поле плоского конденсатора
целиком сосредоточено между его
обкладками.

Если заряд конденсатора
,
то напряженность поля между его обкладками
,
где
,

– площадь каждой пластины. Следовательно,
напряжение между обкладками

,

где

зазор конденсатора.

После подстановки этого выражения в

получаем

.

Можем видеть, что емкость плоского
конденсатора прямо пропорциональна
площади обкладок и обратно пропорциональна
расстоянию между ними. Поэтому при
большой поверхности обкладок и при
тонком слое изоляторе между ними емкость
конденсатора очень велика, на нем можно
накопить («сгустить») значительные
заряды даже при небольшом напряжение.
Отсюда происходит и название «конденсатор»
(от латинского слова «конденсо» –
сгущаю).

Емкость сферического конденсатора.

Пусть радиусы внутренней и внешней
обкладок конденсатора равны соответственно

и
.
Если заряд сферического конденсатора
,
то его емкость

.

Емкость цилиндрического конденсатора
равна

,

где

длина конденсатора,

и

– радиусы внутренней и наружной
цилиндрической обкладок.

Самый старинный тип конденсатора –
«лейденская банка». Это название
происходит от города Лейдена (Голландия),
где впервые был построен в середине 18
века конденсатор такого типа. Он
представляет собой стеклянную банку,
оклеенную внутри и снаружи станиолем
(станиоль – тонко раскатанный лист
олова, «станум» – олово по-латински).
Соединение с внутренней обкладкой
осуществляется металлическим стержнем,
укрепленным внутри банки. Для того чтобы
зарядить лейденскую банку, ее держат в
руке за внешнюю обкладку (этим
осуществляется соединение с Землей) и
прикасаются стержнем к какому-либо
заряженному телу (например, к одному из
полюсов электрической машины). Емкость
лейденской банки средних размеров
составляет около 1/1000 мкф.

Конденсаторы могут соединяться между
собой, образуя батареи конденсаторов.
При параллельном
соединении
двух конденсаторов
напряжения на конденсаторах одинаковы:
,
а заряды равны
и
.
Такую систему можно рассматривать как
единый конденсатор электроемкости
,
заряженный зарядом

при напряжении между обкладками равном
.
Отсюда следует

или

Таким образом, при
параллельном соединении электроемкости
складываются.

При последовательном соединении двух
конденсаторов одинаковыми оказываются
заряды обоих конденсаторов:
,
а напряжения на них равны

и
.
Такую систему можно рассматривать как
единый конденсатор, заряженный зарядом

при напряжении между обкладками
.
Следовательно,

или

При последовательном
соединении конденсаторов складываются
обратные величины емкостей.

Лекция 4.

Диэлектрики.

Диэлектриками (или изоляторами) называют
вещества, практически непроводящие
электрического тока. В диэлектриках, в
отличие от проводников, нет свободных
зарядов, способных перемещаться, создавая
ток.

При внесении даже нейтрального диэлектрика
во внешнее электрическое поле
обнаруживаются существенные изменения
как в поле, так и в самом диэлектрике.

Чтобы понять, почему это
происходит, надо прежде всего учесть,
что диэлектрики состоят либо из
нейтральных молекул, либо из
заряженных ионов, находящихся
в узлах кристаллической решетки (ионные
кристаллы, например, типа NаС1)

Сами же молекулы могут быть полярными
и неполярными. У полярных молекул центр
«тяжести» отрицательного заряда сдвинут
относительно центра тяжести положительных
зарядов, в результате чего они обладают
собственным дипольным моментом. Дипольным
моментом обладает, например, молекула
воды, а также молекулы ряда других
диэлектриков (H2S,
NO2
и т.  д.). Неполярные молекулы
собственным дипольным моментом не
обладают, у них центры тяжести «+» и «-»
зарядов совпадают.
Примером неполярной молекулы может
служить молекула метана CH4.

Поляризация.

Под действием внешнего электрического
поля происходит поляризация диэлектрика.

При отсутствии внешнего электрического
поля оси диполей в полярных диэлектриках
ориентированы хаотично из-за теплового
движения, так что на поверхности
диэлектрика и в любом элементе объема
электрический заряд в среднем равен
нулю

При внесении диэлектрика во внешнее
поле возникает частичная ориентация
диполей. В результате на поверхности
диэлектрика появляются нескомпенсированные
заряды, создающие поле, направленное
навстречу внешнему полю.

Если диэлектрик состоит из неполярных
молекул, то в пределах каждой молекулы
происходит смещение зарядов –
положительных по полю, а отрицательных
против поля. В результате
каждая молекула превращается в
электрический диполь, ось которого
направлена вдоль внешнего поля. На
поверхности диэлектрика появляются
нескомпенсированные заряды, создающие
свое поле, направленное навстречу
внешнему полю

В результате поляризации на поверхности
диэлектрика, а также и в его объеме
появляются нескомпенсированные заряды.
Нескомпенсированные заряды, появляющиеся
в результате поляризации диэлектрика,
называют поляризационными или связанными.
Последним термином хотят подчеркнуть,
что свобода перемещения таких зарядов
ограничена. Они могут смещаться лишь
внутри электрически нейтральных молекул.
Связанные заряды отмечают штрихом,
например,
,

и
.

Заряды, которые не входят в состав
диэлектрика, называют сторонними. Эти
заряды могут находится как внутри, так
и вне диэлектрика.

Полем

в диэлектрике называется величина,
являющейся суперпозицией поля

сторонних зарядов и поля

связанных зарядов:
.

Электростатическая защита

Электростатическая
защита

объектов (например, приборов) от влияния
внешних электростати­чес­ких полей
основана на том, что заря­ды располагаются
на поверхности, а полость в замкнутом
проводнике не заряжена (экранирована
от
внеш­него поля
).
Для электростатической защи­ты можно
использовать не сплошной проводник, а
метал­лическую сетку, которую заземляют,
т.е. соединяют с нулевым потенциалом
Земли.

Электроемкость заряженного проводника. Конденсаторы

Электроемкостью
заряженного
проводника называется скалярная
физическая величина С,
характеризующая способность проводника
накапливать заряды и численно равная
заряду, изменяющему потенциал проводника
на один Вольт.

, 1 Фарад
= 1 Кулон / 1 Вольт . (3)

Так как заряды в
проводнике располагаются только на
поверхности, то электроемкость не
зависит от материала проводника, его
агрегатного состояния, но зависит от
формы и размеров.

Фарад – большая
единица. Например, используя потенциал
проводящей поверхностно заряженной
сферы и формулу (3), получим

,

что в 1400 раз
больше радиуса Земли. Электроемкость
Земли — 711 мкФ.

Единицы измерения
в технике:

1 мФ = 10-3Ф;
1 мкФ = 10-6Ф;
1 нФ = 10-9Ф;
1 пФ = 10-12Ф.

Конденсатором
называется
система из двух изолированных друг от
друга проводников. Эти проводники обычно
называют пластинами, хотя они могут
иметь любую форму. Емкостью
конденсатора

называется величина:.

Плоский конденсатор

;
;

,(4)

Параллельное соединение конденсаторов

и, следовательно,
емкость всей системы:

. (5)

Ёмкость
группы параллельно соединенных
конденсаторов равна сумме емкостей
отдельных конденсаторов.
При
С1
= С2
= С3
= 1 С0
= 3.

Последовательное соединение конденсаторов

,

.

.(6)

При С1
= С2
= С3
= 1 С0
= 1/3, т.е.
ёмкость
группы последовательно соединенных
конденсаторов всегда меньше емкости
каждого из этих конденсаторов в
отдельности.

  1. Характеристики электрического тока: сила тока, вектор плотности тока. Законы Ома и Джоуля — Ленца в дифференциальной форме

Электрическим
током называется любое упорядоченное
движение заряженных частиц, например,
электронов в металлах.

За направление
тока принято считать движение положительных
зарядов. В металле положительные заряды,
являющиеся ядрами атомов, связаны в
кристаллической решетке и перемещаться
не могут. Внешние (валентные) электроны
не связаны с определенными атомами и
могут свободно перемещаться по проводнику.
Эти электроны называются свободными
или электронами
проводимости
.

Для существования
тока необходимо два условия:

  1. наличие
    свободных носителей заряда
    ;

  2. наличие
    электрического поля
    .

Различают два вида
тока

  1. ток проводимости;

  2. конвекционный
    ток
    .

Силой
тока

I
называется
скалярная физическая величина,
характеризующая перенос зарядов по
проводнику и численно равная заряду,
переносимому через поперечное сечение
проводника в единицу времени.

, при I
= const
(постоянный ток)
.
(1)

1 Ампер
— это сила тока, который при прохождении
по двум параллельным прямолинейным
проводникам бесконечной длины и малой
площади сечения, расположенными в
вакууме на расстоянии 1 м друг от друга,
вызывает на участке проводника длиной
1 м силу взаимодействия 2107
Н.

Плотностью
тока



называется
векторная
физическая величина, характеризующая
направление тока в проводнике и его
распределение по сечению проводника,
численно равная силе тока, приходящейся
на единицу площадки, ориентированной
перпендикулярно напра­вл­ению тока.

(2)

.
При

. (3)

— закон
Ома в дифференциальной форме .
(4)

 — удельная
электропроводность; 
— удельное электросопротивление.

Плотность
тока
j
в каждой точке внутри проводника равна
произведению удельной электропроводности
проводника на напряженность электрического
поля в этой точке
.

— закон
Джоуля — Ленца в дифференциальной форме
. (5)

Удельная
тепловая мощность тока в проводнике
равна произведению его удельной
электропроводности на напряженность
электрического поля в квадрате.

Есть ли электрическое поле внутри проводника

внутри (в толще) металлического проводника электромагнитного поля нет.
оно есть в ОЧЕНЬ тонком слое у поверхности проводника, но об этом можно не говорить — только если спросят

почему? ну потому что заряды в проводнике (свободные электроны) мгновенно распределяются под действием поля так, что они его экранируют, компенсируют.
это верно не только для электростатического поля но и для электромагнитных волн, например

pro_vladimir

Вот некоторые «здравомыслящие», что кичатся своей сообразительностью и везде спешат вставить свою грудь в синяках, избитую собственной пяткой, не в состоянии проверить ряд своих шаблонов. Они выше этого. Они там заводы строят, но элементарных вещей не знают. И даже ни грамма не стесняются своего незнания.

Хоть и говорят, что повышение грамотности не входит в круг наших прямых целей. Сделаем небольшую сноску на банальнейший курс школьной физики. Вдруг и вправду кто осилит. А то в гугле же забанены. Времени нет на разные глупости. Надо деньги зарабатывать и бороться со злом. Писать всякие гадости про фараонов, мол, де «слил, не слил». И т.д.

Полное электростатическое поле внутри проводника равно нулю, а потенциалы во всех точках одинаковы и равны потенциалу на поверхности проводника.

Рисунок 1.5.1.
Электростатическая индукция

Все внутренние области проводника, внесенного в электрическое поле, остаются электронейтральными. Если удалить некоторый объем, выделенный внутри проводника, и образовать пустую полость, то электрическое поле внутри полости будет равно нулю. На этом основана электростатическая защита – чувствительные к электрическому полю приборы для исключения влияния поля помещают в металлические ящики (рис. 1.5.2).

Рисунок 1.5.2.
Электростатическая защита. Поле в металлической полости равно нулю
Так как поверхность проводника является эквипотенциальной, силовые линии у поверхности должны быть перпендикулярны к ней.

Электростатическое поле внутри проводника. Наличие в проводнике свободных зарядов приводит к тому, что даже при наличии внешнего электрического поля внутри проводника напряженность поля равна нулю. Если бы напряженность электрического поля была отлична от нуля, то поле приводило бы свободные заряды в упорядоченное движение, т. е. в проводнике существовал бы электрический ток. Утверждение об отсутствии электростатического поля внутри проводника справедливо как для заряженного проводника, так и для незаряженного, помещенного во внешнее электростатическое поле.
На примере незаряженной проводящей пластины (проводника), внесенной в однородное поле, выясним, в результате какого процесса напряженность электростатического поля внутри проводника оказывается равной нулю (рис. 14.15). Силовые линии поля изображены сплошными линиями.

Итак, электростатического поля внутри проводника нет. На этом факте основана электростатическая защита. Чтобы защитить чувствительные к электрическому полю приборы, их помещают в металлические ящики.

Как и разного рода металлизированная спецодежда текущего и очень при очень далёкого прошлого. Но эти товарищи с синей грудью, могут продолжать свои попытки затолкать электричество в проводник. А он гад такой туда никак не лезет почему-то. Не зависимо от того, постоянный он переменный и каких величин и значений. Как вода бежит по жёлобу, так и электричество бежит по поверхности.

И проверить это может любой при должном желании. Но теоретиков завсегда больше.
Хотя таки попадаются исключения: http://www.electroclub.info/other/real_skin.htm

2. Как уменьшить скин-эффект?

Для этого есть несколько способов. Я возьму несколько кабелей, реализующих эти способы, а потом их все хором измерю. Заранее предупреждаю: способы, необъяснимые научно, вроде обматывания кабеля туалетной бумагой, пробовать не буду!

2. 1. Плоский кабель

Если сделать кабель в сечении не круглым, а плоским (рис. 2.1), то это должно помочь.

Вай-вай! Плоский многожильный кабель. Ну просто не может быть.

Что там еще у этих с избитой грудью, а! У них одножильный провод обладает меньшим сопротивлением. Смотрим:

И тут они не попали. Как-то даже боязно становится за судьбу заводов в коих они принимают какое-то там участие в возведении.

То есть, качество поверхности проводников влияет на сопротивление проводника. Однозначно ересь. И не спорьте. И не вздумайте учебники школьной программы смотреть. А то вдруг чего новое узнаете.

То есть, разного рода покрытия проводов из более дорогих металлов есть банальное сглаживание «заусенцев». И если покопаться в сети, информации на эту тему не просто много, а запредельно много.

Сей пост родился по мотивам комментариев что оставили тут:http://pro-vladimir.livejournal.com/278137.html

А вот тут пост с горой ссылок с развитием темы:
http://pro-vladimir. livejournal.com/278805.html Натягиваем сову Мёбиуса на глобус Мёбиуса

Тема вроде бы одна. Но нескончаемая.

Сложил воедино: Владимир Мамзерев. 20.07.2016

Проводниками называются тела, по которым электрические заряды перемещаются свободно. К ним в первую очередь относятся металлы. Хорошая проводимость металлов объясняется наличием в них свободных электронов, которые движутся между положительно заряженными ионами решетки. Положительные ионы участия в переносе заряда не принимают.

Электронная природа носителей тока в металлах объясняется следующим образом. Кристаллическая решетка металла состоит из положительно заряженных ионов, расположенных в узлах решетки, и электронов, свободно передвигающихся между узлами. Свободные электроны — это валентные электроны атомов металла, покинувшие свои атомы. Они совершают беспорядочное движение по кристаллу, «не помня», какому атому они принадлежали. Их называют электрон­ным газом. Свободные электроны участвуют в тепловом движении и способны перемещаться под действием электрического поля.

Внутри проводника, помещенного во внешнее электрическое поле, электростатическое поле отсутствует. Объясняется это тем, что под действием внешнего поля свободные электроны, перемещаясь в на­правлении, противоположном внешнему полю , распределяются по поверхности проводника, в результате чего одна часть проводника заряжается отрицательно, противоположная — положительно. Раз­деленные заряды создают внутреннее поле , которое компенсирует внешнее поле , так что суммарное поле внутри проводника рав­но нулю.

На этом основана электростатическая защита. Чтобы защитить приборы от влияния электрического поля, их поме­щают в металлический ящик.

Таким разделением заряда объясняется электростатическая ин­дукция. Если пластину металла разрезать по линии MN, обе полови­ны окажутся заряженными.

Линии напряженности электрического поля вне проводника всег­да перпендикулярны поверхности проводника. В противном случае составляющая поля, параллельная поверхности, приводила бы к пос­тоянному перемещению зарядов (электрическому току).

Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверх­ности. В противном случае внутри проводника имелось бы электрическое поле, что не соответствует действительности. Это относится как к заряженным, так и к незаряженным проводникам, помещен­ным в электрическое поле.

Презентация к уроку 10 класса» Проводники и диэлектрики в электрическом поле»

ПРОВОДНИКИ И ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

10 класс

Базовый курс

  • Проводниками называются вещества, в которых имеются свободные электрические заряды, способные перемещаться под действием сколь угодно слабого электрического поля.

ПРОВОДНИКИ

ИОНИЗИРОВАННЫЕ

ГАЗЫ

МЕТАЛЛЫ

ЭЛЕКТРОЛИТЫ

  • Если поместить проводник в электрическое поле, то заряды в проводнике станут перемещаться, положительные по полю, отрицательные — против поля. На одном конце проводника будет скапливаться избыток положительных зарядов, на другом – отрицательных. Это вызовет появление в проводнике собственного поля Е′, направленного против внешнего. Разделение зарядов в проводнике будет происходить до тех пор, пока собственное поле не станет равным внешнему во всех точках проводника. А, следовательно, суммарное поле будет равно 0

Электростатическая защита  – явление, согласно которому, можно экранировать электрическое поле «спрятавшись» от него внутри замкнутой оболочки из проводящего электричество материала (например, металла).

Электростатическая защита.

Явление было открыто Майклом Фарадеем в 1836 году. Он обратил внимание, что внешнее электрическое поле не может попасть внутрь заземлённой металлической клетки. Принцип работы  клетки Фарадея  заключается в том, что под действием внешнего электрического поля, свободные электроны, находящиеся в металле, начинают движение и создают на поверхности клетки заряд, который полностью компенсирует это внешнее поле.

  • Электростатическая защита нужна там, где необходимо экранировать электроприборы от внешних электрических полей (например, в автомобильных магнитолах, блоках питания, лабораторном оборудовании). Эти приборы помещаются в металлический корпус, который защищает их от внешних электрических помех.

Диэлектрики (или изоляторы) — вещества, относительно плохо проводящие электрический ток (по сравнению с проводниками).

  • В диэлектриках все электроны связаны, т. е. принадлежат отдельным атомам, и электрическое поле не отрывает их, а лишь слегка смещает, т. е. поляризует. Поэтому внутри диэлектрика может существовать электрическое поле, диэлектрик оказывает на электрическое поле определенное влияние

Диэлектрики делятся на  полярные  и  неполярные .

Полярные диэлектрики

  состоят из молекул, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Такие молекулы можно представить в виде двух одинаковых по модулю разноименных точечных  зарядов , находящихся на некотором расстоянии друг от друга, называемых  диполем .

Неполярные диэлектрики

состоят из атомов и молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов сов­падают.

Поляризация полярных диэлектриков .

  • Помещение полярного диэлектрика в электростатическое поле (например, между двумя заряженными пластинами) приводит к развороту и смещению до этого хаотически ориентированных диполей вдоль поля.

Разворот происходит под действием пары сил, приложенных со стороны поля к двум зарядам диполя.

Смещение диполей называется поляризацией. Однако из-за теплового движения происходит лишь частичная поляризация. Внутри диэлектрика положительные и отрицательные заряды диполей компенсируют друг друга, а на поверхности диэлектрика появляется связанный заряд: отрицательный со стороны положительно заряженной пластины, и наобо рот.

Поляризация неполярных диэлектриков

Неполярный диэлектрик в электрическом поле также поляризуется. Под действием электрического поля положительные и отрицательные заряды в молекуле смещаются в противоположные стороны, так что центры распределения зарядов смещаются, как у полярных молекул. Ось наведенного полем диполя ориентирована вдоль поля. На поверхностях диэлектрика, примыкающих к заряженным пластинам, появляются связанные заряды.

Поляризованный диэлектрик сам создает электрическое поле.

Это поле ослабляет внутри диэлектрика внешнее электрическое поле

Степень этого ослабления зависит от свойств диэлектрика.

Уменьшение напряженности электростатического поля в веществе по сравнению с полем в вакууме характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью среды.

Проводники в электрическом поле

Диэлектрики в электрическом поле

1. Есть свободные электроны

  1.Нет свободных носителей зарядов.

2.электроны собираются на поверхности проводника

 

2. В электрическом поле молекулы и атомы поворачиваются так, что с одной стороны в диэлектрике появляется избыточный положительный заряд, а с другой — отрицательный

3. Внутри проводника электрического поля нет

3. Электрическое поле внутри проводника ослабевает в ε раз.

4. Проводник можно разделить на 2 части в электрическом поле, и каждая часть будет заряженной разными знаками.

4. Диэлектрик можно разделить на 2 части в электрическом поле, но каждая из них будет незаряженной

Контрольные вопросы

1 . Какие вещества называются проводниками?

2Какие электрические заряды называются свободными?

3.Какие частицы являются носителями свободных зарядов в металлах?

4.Что происходит в металле помещенном в электрическое поле?

5. Как распределяется по проводнику сообщенный ему заря д?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

6.Если находящейся в электрическом поле проводник разделить на две част, как будут заряжены эти части?

7.На каком принципе основана электростатическая защита?

8.Какие вещества называются диэлектриками?

9.Какие бывают диэлектрики? Чем они отличаются?

10.Объясните поведение диполя во внешнем электрическом поле.

11. Как происходит поляризация диэлектриков.

12. Если диэлектрик, помещенный в электрическое поле разделить пополам, каков будет заряд каждой части?

13. Над молниеотводом проходит отрицательно заряженная туча. Объясните на основе электронных представалений, почему на острие молниеотвода возникает заряд. Каков его знак?

Проводники и диэлектрики в электрическом поле

Внесение некоторого вещества в электрическое поле может привести к существенному его изменению; это обусловлено тем, что вещество составляют заряженные частицы. Если внешнее поле отсутствует, распределение частиц вещества происходит таким образом, что электрическое поле, которое они создают, в среднем по объемам, включающим большое число атомов или молекул, равно нулю. Если внешнее поле присутствует, заряженные частицы перераспределяются, и в веществе возникает собственное электрическое поле. Полное электрическое поле E→ включает в себя (согласно принципу суперпозиции) внешнее поле E0→ и внутреннее поле E’→ которое создается заряженными частицами вещества.

Электрические свойства веществ обуславливают их многообразие. Самые широкие классы веществ – это проводники и диэлектрики.

Проводники

Отличительная черта проводников заключается в наличии свободных зарядов (электронов), принимающих участие в тепловом движении и способных осуществлять перемещение по всему объему проводника. Типичным примером проводников служат металлы.

Определение 1

Если внешнее поле отсутствует, то в любом элементе объема проводника отрицательный свободный заряд будет компенсироваться положительным зарядом ионной решетки. В проводнике, который внесен в электрическое поле, произойдет перераспределение свободных зарядов, следствием чего будет возникновение на поверхности проводника нескомпенсированных положительных и отрицательных зарядов (рис. 1.5.1). Описанный процесс носит название электростатической индукции, а возникающие на поверхности проводника заряды называют индукционными зарядами.

Индукционными зарядами создается свое собственное поле E’→ и оно компенсирует внешнее поле E0→ во всем объеме проводника: E→=E0→+E’→=0 (внутри проводника).

Определение 2

Полное электростатическое поле внутри проводника есть нуль, а потенциалы во всех точках являются одинаковыми и равными потенциалу на поверхности проводника.

Рисунок 1.5.1. Электростатическая индукция.

Все внутренние области проводника, который внесен в электрическое поле, остаются электронейтральными. Удаление некоторого объема, выделенного внутри проводника, а соответственно образование пустой полости, приведет к тому, что электрическое поле внутри полости станет равным нулю. На этом основана электростатическая защита – приборы, имеющие чувствительность к электрическому полю в целях исключения влияния поля помещают в металлические ящики (рис. 1.5.2).

Рисунок 1.5.2. Схема электростатической защиты. Поле в металлической полости равно нулю.

Поскольку поверхность проводника эквипотенциальна, необходимо, чтобы силовые линии у поверхности являлись перпендикуляром к ней.

Диэлектрики

Диэлектрики (изоляторы) отличаются от проводников тем, что не имеют свободных электрических зарядов. Диэлектрики включают в себя нейтральные атомы или молекулы. Заряженные частицы в нейтральном атоме являются связанными друг с другом и не имеют способности к перемещению под действием электрического поля по всему объему диэлектрика.

Внесение диэлектрика во внешнее электрическое поле E0→ вызовет возникновение в нем некоторого перераспределения зарядов, которые входят в состав атомов или молекул. Следствием этого перераспределения является появление на поверхности диэлектрического образца избыточных нескомпенсированных связанных зарядов. Все заряженные частицы, которые образуют макроскопические связанные заряды, все так же входят в состав своих атомов.

Определение 3

Связанные заряды образуют электрическое поле E’→ направленное внутри диэлектрика противоположно вектору напряженности E0→ внешнего поля: данный процесс носит название поляризации диэлектрика.

Вследствие поляризации полное электрическое поле E→=E0→+E’→=0 внутри диэлектрика становится по модулю меньше внешнего поля E0→.

Определение 4

Диэлектрическая проницаемость вещества – это физическая величина, которая есть отношение модуля напряженности E0→ внешнего электрического поля, создаваемого в вакууме, к модулю напряженности E→ полного поля в однородном диэлектрике.

ε=E0E.

Известно несколько механизмов поляризации диэлектриков: основные — это ориентационная и электронная поляризации. Проявление этих механизмов происходит в основном при поляризации газообразных и жидких диэлектриков.

Ориентационная или дипольная поляризация появляется, когда полярные диэлектрики состоят из молекул, у которых имеет место несовпадение центов распределения положительных и отрицательных зарядов. Такие молекулы представляют собой микроскопические электрические диполи.

Определение 5

Микроскопические электрические диполи – это нейтральная совокупность двух зарядов, являющихся равными по модулю и противоположными по знаку, расположенных на расстоянии друг от друга.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

К примеру, дипольный момент имеет молекула воды, а также молекулы некоторых прочих диэлектриков (h3S, NO2 и т. д.).

Когда внешнее электрическое поле отсутствует, оси молекулярных диполей по причине теплового движения имеют хаотичную ориентацию, в связи с чем на поверхности диэлектрика и в любом элементе объема электрический заряд в среднем является равным нулю.

Если внести диэлектрик во внешнее поле E0→, возникнет частичная ориентация молекулярных диполей. Вследствие этого поверхность диэлектрика получит нескомпенсированные макроскопические связанные заряды, создающие поле E’→ направленное навстречу внешнему полю E0→ (рис. 1.5.3).

Рисунок 1.5.3. Ориентационный механизм поляризации полярного диэлектрика.

Поляризация полярных диэлектриков обладает сильной зависимостью от температуры, поскольку тепловое движение молекул выступает в качестве дезориентирующего фактора.

Электронный или упругий механизм возникает при поляризации неполярных диэлектриков, молекулы которых не имеют при отсутствии внешнего поля дипольного момента. Электрическое поле, воздействуя на молекулы неполярных диэлектриков, вызывает их деформацию – положительные заряды смещаются в направлении вектора E0→ а отрицательные – в противоположном направлении. В итоге каждая молекула становится электрическим диполем, ось которого имеет направление вдоль внешнего поля. Поверхность диэлектрика получает нескомпенсированные связанные заряды, которые создают свое поле E’→ имеющее направление навстречу внешнему полю E0→ Таким образом происходит поляризация неполярного диэлектрика (рис. 1.5.4).

Деформация неполярных молекул, испытывающих влияние внешнего электрического поля, не имеет зависимости от теплового движения, т. е. поляризация неполярного диэлектрика не зависит от температуры.

Пример 1

В качестве примера неполярной молекулы можно рассмотреть молекулу метана Ch5, в которой четырехкратно ионизированный ион углерода C4– расположен в центре правильной пирамиды; в вершинах этой пирамиды — ионы водорода H+. Наложение внешнего электрического поля вызовет смещение иона углерода из центра пирамиды: в этом случае у молекулы возникнет дипольный момент, пропорциональный внешнему полю.

Рисунок 1.5.4. Поляризация неполярного диэлектрика.

В электрическом поле E’→ связанных зарядов, которое возникает при поляризации полярных и неполярных диэлектриков, происходит его изменение по модулю прямо пропорционально модулю внешнего поля E0→. В электрических полях значительной силы указанная закономерность может нарушаться: в таком случае получают проявление различные нелинейные эффекты. Для полярных диэлектриков в сильных полях возможно наблюдать эффект насыщения.

Определение 6

Эффект насыщения – это выстраивание всех молекулярных диполей вдоль силовых линий.

Когда диэлектрики неполярны, сильное внешнее поле, которое можно сравнить по модулю с внутриатомным полем, имеет возможность значимо деформировать атомы или молекулы вещества с изменением их электрических свойств. Но подобные явления почти никогда не наблюдаются, поскольку для этого необходимы поля, имеющие напряженность порядка 1010–1012 В/м. При этом гораздо раньше наступает электрический пробой диэлектрика.

Определение 7

Электронная поляризация – это процесс поляризации, при котором непарные молекулы получают деформацию электронных оболочек.

Этот механизм универсален, так как деформация электронных оболочек под влиянием внешнего поля происходит в атомах, молекулах и ионах любого диэлектрика.

Определение 8

Ионная поляризация – это поляризация твердых кристаллических диэлектриков, следствием которой является смещение ионов различных знаков, составляющих кристаллическую решетку, в противоположных направлениях при воздействии внешнего поля. В результате смещения на гранях кристалла образуются связанные (нескомпенсированные) заряды.

Пример 2

В качестве примера описанного механизма, можно рассмотреть поляризацию кристалла NaCl, в котором ионы Na+ и Cl– составляют две подрешетки, вложенные друг в друга. При отсутствии внешнего поля каждая элементарная ячейка кристалла NaCl является электронейтральной и не обладающей дипольным моментом. Во внешнем электрическом поле обе подрешетки сместятся в противоположных направлениях, т. е. кристалл подвергнется процессу поляризации.

Когда происходит процесс поляризации неоднородного диэлектрика, связанные заряды могут появиться не только на поверхности, но и в объеме диэлектрика. В таком случае электрическое поле E’→ связанных зарядов и полное поле E→ будут обладать сложной структурой, зависящей от геометрии диэлектрика. Утверждение о том, что электрическое поле _formula_ в диэлектрике в ε раз меньше по модулю по сравнению с внешним полем E→ точно верно лишь, когда речь идет об однородном диэлектрике, который заполняет все пространство, где создано внешнее поле. В частности:

Определение 9

В случае, когда в однородном диэлектрике с диэлектрической проницаемостью ε находится точечный заряд Q, напряженность электрического поля E→ этого точечного заряда и потенциал φ в ε раз меньше, чем в вакууме. Запишем данное утверждение в виде формул:

E→=14πε0·Qεr3r→, φ=14πε0Qεr.

Электростатическое поле внутри проводника

Если к проводнику приблизить внешний неподвижный электрический заряд, то свободные заряды внутри проводника переместятся к части, ближайшей к влияющему заряженному телу. На другой части сосредотачиваются заряды, противоположные по знаку влияющему заряду. Это явление носит название электростатической индукции или электризации влиянием.




Рис.  1. Проводник в поле положительно заряженного заряда

В металлах носителями зарядов являются «свободные» электроны. В атомах металлов внешние электроны слабо связаны с атомами и могут перемещаться внутри металла. Обычно на каждый атом кристаллической решетки приходится один «свободный» электрон. При помещении металла в электростатическое поле, электроны будут перемещаться в направлении, противоположном напряженности
внешнего поля. На поверхности AB металла появляется избыточный отрицательный заряд, а на поверхности CD — положительный заряд.




Рис. 2. Электростатическая индукция — электризация влиянием

Полное электрическое поле
складывается в соответствии с принципом суперпозиции из внешнего поля

и внутреннего поля

создаваемого заряженными частицами вещества. Индукционные заряды создают свое собственное поле

которое компенсирует внешнее поле во всем объеме проводника:
внутри проводника.

Наличие в проводнике свободных зарядов приводит к тому, что внутри проводника электростатического поля нет, а заряды, возникающие на поверхности, создают электрическое поле, компенсирующее внешнее поле внутри проводника.



Напряженность электростатического поля внутри проводника равняется нулю.



Если внутри проводника имеется полость, то в ней напряженность электростатического поля также равна нулю. На этом основана электростатическая защита приборов от электростатических зарядов — чувствительные к электрическому полю приборы для исключения влияния поля помещают в металлические ящики.




Рис. 3. Электростатическая защита. Поле в металлической полости равно нулю

Электростатическую защиту используют и для людей, работающих в сильном электростатическом поле. В этом случае металлической сеткой окружают пространство, в котором работают люди.

Явление электростатической индукции или электризации влиянием можно продемонстрировать при помощи двух электроскопов A и B, шарики которых заменены на цилиндры. Если привести металлические цилиндры в соприкосновение в поле внешнего неподвижного заряда, а затем развести в стороны, то замечается расхождение листочков электроскопов. При этом углы расхождения электроскопов равны. Удаляем внешний заряд и соединяем электроскопы А и В. Листочки обоих электроскопов сходятся, следовательно заряды были равны по величине и противоположны по знаку.



Модель 1. Электризация влиянием

Электрический заряд проводников.

Внутри проводника напряженность электростатического поля равна нулю. Равен нулю и заряд. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. Так как поверхность проводника является эквипотенциальной, силовые линии у поверхности перпендикулярны к ней.

Электростатическая защита

Заряд
статического электричества возникает на поверхности материалов
(особенно диэлектриков) в результате контакта этих материалов
посредством трения, отделения или соединения поверхностей, деформаций,
разрыва и т. п. Основной
причиной возникновения заряда на поверхности материалов при указанном
контакте их является образование так называемого двойного слоя, т. е.
образование положительных
и отрицательных зарядов, расположенных друг против друга, на
соприкасающихся поверхностях в виде противоположно заряженных слоев …

Заряд статического электричества возникает на поверхности материалов (особенно диэлектриков) в результате контакта этих материалов посредством трения, отделения или соединения поверхностей, деформаций, разрыва и т. п.

Основной причиной возникновения заряда на поверхности материалов при указанном контакте их является образование так называемого двойного слоя, т. е. образование положительных и отрицательных зарядов, расположенных друг против друга, на соприкасающихся поверхностях в виде противоположно заряженных слоев. Одновременно с накоплением (генерацией) статического электричества всегда происходит и его рассеяние (потери).

Основными факторами, определяющими количественную сторону процесса накопления статического электричества, являются:

  • площадь и расстояния между контактирующими (трущимися) поверхностями;

  • природа взаимодействующих материалов;

  • шероховатость поверхностей, коэффициент трения, скорость взаимного перемещения, давление;

  • воздействие внешних факторов (температуры, влажности, наличия внешнего электрического поля и т. п.).

Рассеяние (потери) статического электричества происходит вследствие поглощения (утечки) зарядов окружающей средой, обусловленного проводимостью материала (объемной и поверхностной), излучением в окружающую среду, электронной эмиссией, десорбцией ионов, газовым разрядом и т. п.

Защита от статического электричества

Рассмотрим основные методы защиты от статического электричества.

Отвод (рассеяние) зарядов в окружающую среду

Этот метод может быть реализован путем заземления источника генерации зарядов. Отвод зарядов статического электричества может также производиться через обрабатываемые вещества путем обеспечения необходимой поверхностной или объемной проводимости этих веществ.

Увеличение поверхностной проводимости может быть получено образованием или нанесением проводящей пленки (водяной, антистатической и т. п.).

Объемная проводимость твердых тел и жидкостей может быть увеличена путем добавления в них специальных (антистатических) добавок (присадок).

Снижение генерации статического электричества

Снижение электризации жидких диэлектриков может быть достигнуто путем ограничения скорости их перемещения, так как величина тока электризации жидких диэлектриков практически пропорциональна квадрату скорости их перемещения.

Электризация жидких материалов при перекачке зависит от конструктивных факторов (шероховатость внутренних поверхностей труб, радиусов их изгибов, конструкций затворов, фильтров и т. п.), которые могут быть использованы как средство сокращения электризации жидкостей. Использование специальных релаксационных (разряжающих) емкостей при наливе и заправке топлива также уменьшает их электростатический заряд.

Сокращение (или исключение) локальных перенапряжений на элементах конструкций, обусловленных, наличием электростатического поля. Выступающие (и проводящие) части делают структуру электростатического поля весьма неоднородной и являются своего рода «концентраторами» поля. Напряженность поля в непосредственной близости от таких концентраторов может увеличиваться в десятки и сотни раз.

Выравнивание структуры электростатического поля путем исключения или перемещения концентраторов может быть использовано как средство снижения вероятности искрообразования во взрывоопасных помещениях.

Нейтрализация зарядов статического электричества

Метод нейтрализации зарядов статического электричества основан на компенсации генерируемых зарядов зарядами, противоположными по знаку, которые генерируются специальным компенсационным устройством. Приборы и устройства, применяющие принципы нейтрализации зарядов статического электричества, т. е. средства активной электростатической защиты, разрабатываются в нашей стране и за рубежом.



10. 12.2016

Без рубрики

Что такое электростатический разряд »Электроника

— учебное пособие, обзор или краткое изложение основ электростатического разряда, электростатического разряда и того, как избежать его воздействия на электронные компоненты.


Учебное пособие по ESD включает:
Основы ESD
Как электростатический разряд влияет на электронные компоненты
Защита от электростатического разряда
Зона защиты от электростатического разряда
Рабочий стол ESD
Рабочий коврик ESD
Браслет ESD
Одежда ESD
Хранение ESD
Процесс ESD
ОУР с ограниченным бюджетом
Дизайн для борьбы с электростатическим разрядом


Электростатический разряд или электростатический разряд — это повседневная жизнь, и в наши дни это особенно важно в электронной промышленности.

Несколько лет назад, когда использовались термоэлектронные клапаны / вакуумные лампы, это не было проблемой, и даже с появлением транзисторов мало кто считал это проблемой. Однако, когда были введены полевые МОП-транзисторы, частота их отказов возросла, проблема была исследована, и было обнаружено, что накопления статического электричества было достаточно, чтобы вызвать отказ оксидного слоя в устройстве.

С тех пор осведомленность об электростатическом разряде значительно возросла, поскольку было показано, что он влияет на многие устройства. Фактически, многие производители сегодня считают все компоненты чувствительными к статическому электричеству, а не только MOS-устройства, которые наиболее подвержены повреждению.

В результате того значения, которое уделяется электростатическому разряду, производители электронного оборудования тратят многие тысячи фунтов на обеспечение защиты своих рабочих мест от статического электричества. Они гарантируют, что продукты, которые они производят, не будут иметь большого количества отказов во время производственных испытаний и могут продемонстрировать высокую надежность в течение длительного периода времени.

Что такое ESD?

Статический заряд — это просто накопление заряда между двумя поверхностями. Он возникает, когда поверхности трутся друг о друга, и это приводит к избытку электронов на одной поверхности и недостатку на другой.

Поверхности, на которых накапливается заряд, можно рассматривать как конденсатор. Заряд останется на месте, если у него нет пути, по которому он может течь. Поскольку часто нет реального пути, по которому мог бы течь заряд, результирующее напряжение может оставаться на месте в течение некоторого времени, и это дает начало термину «статическое электричество».

Однако, когда путь проводимости действительно существует, будет течь ток и заряд будет уменьшен. С разрядом связана постоянная времени.Высокое сопротивление означает, что меньший ток будет протекать дольше. Низкое сопротивление вызовет гораздо более быстрый разряд.

Очевидно, что уровни создаваемого напряжения и тока зависят от множества факторов. Размер человека, уровень активности, объект, против которого производится разряд, и, конечно же, влажность воздуха. Все они имеют ярко выраженный эффект, поэтому практически невозможно предсказать точный размер разрядов, которые произойдут.

Однако одним из основных факторов, влияющих на создаваемое напряжение, являются типы материалов, которые трутся друг о друга. Обнаружено, что разные материалы дают разное напряжение. Создаваемое напряжение зависит от положения двух материалов в серии, известной как трибоэлектрический ряд.

Трибоэлектрическая серия

Чем дальше они друг от друга в серии, тем больше напряжение. Тот, что выше в серии, получит положительный заряд, а тот, что ниже — отрицательный.Глядя на список трибоэлектрической серии ниже, можно увидеть, что расчесывание волос пластиковой расческой приведет к возникновению положительного заряда на волосах, а расческа станет отрицательно заряженной.

Трибоэлектрическая серия

Положительный заряд
Кожа
Волосы
Шерсть
Шелк
Бумага
Хлопок
Дерево
Резина
Вискоза
Полиэстер
Полиэтилен
Пвх
Тефлон
9006 9006

Есть много способов накопления заряда. Даже ходьба по ковру может вызвать очень высокое напряжение. Обычно это может привести к повышению потенциала до 10 кВ. В плохих случаях это может даже привести к увеличению потенциала в три раза выше этого значения. Даже ходьба по виниловому полу может привести к возникновению потенциала около 5 кВ. Фактически, любая форма движения, при которой поверхности трутся друг о друга, приведет к образованию статического электричества. Кто-то, работающий за столом с электронными компонентами, может легко создать статический потенциал 500 В или более.

Практические примеры ESD

Один из наиболее часто видимых примеров генерации заряда — это прогулка по комнате. Даже это обычное явление может привести к возникновению удивительно высоких напряжений. Фактические значения напряжения значительно различаются в зависимости от множества факторов, но могут быть даны оценки, чтобы проиллюстрировать масштаб проблемы.

Чтобы проиллюстрировать масштаб проблемы, в таблице ниже подробно описаны различные случаи:

Вероятные напряжения электростатического разряда, вызванные повседневными действиями
Причина возникновения заряда Вероятное генерируемое напряжение (кВ) *
Хождение по ковру 30
Взять полиэтиленовый пакет 20
Ходьба по виниловой плитке 15
За столом 5

* Это приблизительные цифры и предполагают относительную влажность до 25%. По мере повышения влажности эти уровни падают: при влажности около 75% статические уровни могут упасть в раз до примерно в 25 или более раз. Все эти цифры являются очень приблизительными, поскольку они очень зависят от конкретных условий, но они дают представление о ожидаемых уровнях электростатического разряда.

Хотя электростатические разряды кажутся очень сильными, они обычно остаются незамеченными. Наименьший электростатический разряд, который можно почувствовать, составляет около 5 кВ, и даже в этом случае разряд такой силы может ощущаться только от случая к случаю.Причина в том, что даже несмотря на то, что результирующие пиковые токи могут быть очень высокими, они длятся очень короткое время, и организм их не обнаруживает, потому что заряд позади них относительно небольшой. Напряжения такой величины от электронного или электрического оборудования, где может быть более высокий ток и в течение гораздо большего времени, будут иметь гораздо больший эффект и могут быть очень опасными.

Удар молнии представляет собой большой разряд статического электричества
Фотография сделана с вершины башен Петронас в Куала-Лумпуре Малайзия

Передача статического электричества

Есть несколько способов передачи статических зарядов на полупроводниковые устройства, что приводит к повреждению от электростатического разряда.Самый очевидный — это когда к ним прикасается предмет, который заряжен и проводит ток. Наиболее очевидный пример этого, возможно, происходит, когда полупроводник находится на рабочем столе, и кто-то идет по полу, накапливая заряд, а затем поднимает его.

Заряженный палец затем очень быстро передает статический заряд полупроводнику, что может привести к его повреждению. Инструменты могут быть еще более вредными. Металлические отвертки обладают еще большей проводимостью и еще быстрее передают заряд, что приводит к более высоким уровням пикового тока.

Однако нет необходимости прикасаться к компонентам, чтобы повредить их. Такие предметы, как пластиковые стаканчики, несут очень высокий заряд, и размещение одного из них рядом с ИС может «вызвать» противоположный заряд в ИС. Это тоже может повредить полупроводниковый прибор. Стяжки из искусственного волокна также представляют опасность электростатического разряда, поскольку они могут заряжаться и легко висеть рядом с чувствительным электронным оборудованием.

Механизмы отказа ESD

Электростатический разряд может повредить полупроводниковые компоненты несколькими способами.Наиболее очевидные результаты связаны с очень высоким статическим напряжением, вызывающим высокие уровни пикового тока, которые могут вызвать локальное выгорание. Несмотря на то, что ток протекает в течение очень короткого периода времени, небольшие размеры элементов в интегральной схеме означают, что повреждение может быть очень легко вызвано. Соединительные перемычки или участки в самой микросхеме могут быть предохранены высоким пиковым током.

Другой способ повреждения в результате электростатического разряда — это когда высокий уровень напряжения вызывает пробой в компоненте самого устройства. Это может привести к разрушению оксидного слоя в устройстве, что сделает его неработоспособным. Учитывая, что размеры некоторых микросхем намного меньше микрона, неудивительно, что даже относительно низкие напряжения могут вызвать пробой.

Хотя повреждение от электростатического разряда может мгновенно разрушить устройства, они также могут создавать так называемые скрытые отказы. Это происходит потому, что электростатический разряд не разрушает устройство полностью, а нанесенный ущерб только ослабляет его, в результате чего возникает риск выхода из строя в дальнейшем.Эти скрытые дефекты обычно невозможно обнаружить. В результате общий уровень надежности значительно снижается или (в большей степени в случае аналоговых устройств) производительность может ухудшаться. Скрытые сбои, вызванные электростатическим разрядом, могут быть очень дорогостоящими, потому что ремонт, пока элемент находится в эксплуатации, намного дороже, чем ремонт элемента, который вышел из строя на заводе. Причина этого в том, что специалисту по ремонту обычно требуется отремонтировать изделие на месте или его необходимо отправить в ремонтный центр.

Скрытые отказы могут быть вызваны частичным предохранением межсоединения от электростатического разряда. Часто часть проводника разрушается статическим разрядом, что впоследствии делает его уязвимым. Другой способ повреждения микросхем — это распространение материала, образовавшегося в результате повреждения, по поверхности полупроводника, что может привести к появлению альтернативных путей проводимости.

В результате того, что компоненты могут быть легко повреждены электростатическим разрядом, большинство производителей рассматривают все полупроводники как устройства, чувствительные к статическому электричеству, и наряду с этим многие обрабатывают все устройства, включая пассивные компоненты, такие как конденсаторы и резисторы, как чувствительные к статическому электричеству.Глядя на это, следует помнить, что в большинстве серийно производимых сегодня компонентов оборудования используются компоненты для поверхностного монтажа, размеры которых намного меньше, чем у традиционных компонентов, и это делает их гораздо более уязвимыми для повреждения от электростатического разряда.

Другие строительные идеи и концепции:
Пайка
Пайка компонентов SMT
ESD — Электростатический разряд
Производство печатных плат
Сборка печатной платы

Вернуться в меню «Строительные методы».. .

Электростатический разряд: причины, последствия и решения

Электростатический разряд (ESD) существует с незапамятных времен. Однако это естественное явление стало проблемой только в связи с широким использованием твердотельной электроники.

Источники электростатического разряда

Все материалы (как изоляторы, так и проводники) являются источниками электростатического разряда. Они объединены в так называемый трибоэлектрический ряд, который определяет материалы, связанные с положительными или отрицательными зарядами.Положительные заряды накапливаются преимущественно на коже человека или шерсти животных. Отрицательные заряды чаще встречаются у синтетических материалов, таких как пенополистирол или пластиковые стаканчики. Количество электростатического заряда, которое может накапливаться на любом предмете, зависит от его способности хранить заряд. Например, человеческое тело может хранить заряд, равный 250 пикофарадам. Это коррелирует с накопленным зарядом, который может достигать 25000 В.

Как электростатический разряд повреждает электронные схемы?

ESD — это крошечная версия молнии.Когда ток рассеивается через объект, он ищет путь с низким сопротивлением к земле для выравнивания потенциалов. В большинстве случаев токи электростатического разряда проходят на землю через металлический корпус устройства. Однако хорошо известно, что ток будет проходить по всем доступным путям. В некоторых случаях один путь может быть между PN-переходами на интегральных схемах, чтобы достичь земли. Этот ток будет прожигать видимые невооруженным глазом дыры в интегральной схеме, свидетельствуя о тепловом повреждении окружающей области.Одно событие ESD не нарушит работу оборудования. Однако повторяющиеся события со временем приведут к ухудшению внутренних компонентов оборудования.

Как возникает электростатический разряд?

ESD может проявляться в различных формах. Один из наиболее распространенных — это контакт человека с чувствительными устройствами. Человеческое прикосновение чувствительно только к уровням электростатического разряда, превышающим 4000 В.

Недавнее расследование показало, что человеческое тело и его одежда способны накапливать электростатический заряд от 500 В до 2500 В в течение обычного рабочего дня.Это намного выше уровня, который повреждает схемы, но ниже порога человеческого восприятия. К другим источникам повреждения оборудования электростатическим разрядом относятся:

• Устранение неполадок электронного оборудования или обращение с печатными платами без использования электростатического браслета;

• Размещение синтетических материалов (например, пластика, пенопласта и т. Д.) На электронном оборудовании или рядом с ним; и

• Быстрое движение воздуха вблизи электронного оборудования (в том числе использование сжатого воздуха для удаления грязи с печатных плат, циркуляционные вентиляторы, обдувающие электронное оборудование, или использование электронного устройства рядом с системой кондиционирования воздуха).

Во всех этих сценариях может происходить накопление статических зарядов, но вы никогда не узнаете об этом. Более того, заряженный объект не обязательно должен контактировать с этим элементом, чтобы произошло событие ESD.

Как вы измеряете электростатическое напряжение?

Один из наиболее эффективных способов выявления потенциальных проблемных участков, связанных с электростатическим разрядом, — это проведение измерений с помощью электростатического вольтметра. Этот измеритель эффективно измеряет электростатическое напряжение до 30 000 В на всех проводниках и изоляторах.Он также покажет, является ли заряд отрицательным или положительным. Это может помочь вам определить источник накопления электростатического заряда.

Как предотвратить электростатический разряд?

Вряд ли вы сможете полностью избавиться от электростатического разряда с любого сайта. Однако опыт показал, что следующие рекомендации могут быть полезны:

• Держите все синтетические материалы на расстоянии не менее 4 дюймов от электронного оборудования.

• При чистке печатных плат используйте спрей с маркировкой «нестатическое формование».

• При поиске и устранении неисправностей электронного оборудования всегда надевайте статический браслет, который заземлен на корпус устройства. Кроме того, при работе с печатными платами надевайте браслет.

• Обработайте ковры и пол составами, уменьшающими накопление статического заряда.

• При необходимости используйте статические коврики.

• Убедитесь, что система заземления для оборудования имеет низкий импеданс для ОУР токов рассеиваться в Справочное заземлении.Для получения дополнительной информации см. NFPA-77, Рекомендуемая практика по статическому электричеству.

СТОРОНА: Что такое статическое электричество?

Это накопление положительных или отрицательных зарядов на изоляторах или проводниках. Эти заряды могут варьироваться в зависимости от накопленной емкости определенных предметов по отношению к объекту, имеющему соответствующий противоположный заряд. Слово «статический» просто означает, что заряд не может быть уравновешен или передан за счет электродвижущей силы, пока не произойдет уменьшение емкости между двумя объектами.Примером этого может быть ваша рука (которая может удерживать отрицательный заряд), когда она приближается к дверной ручке (которая может удерживать положительный заряд). По мере того как ваша рука приближается к дверной ручке, емкость между объектом и вашей рукой будет уменьшаться. Это приводит к протеканию тока между вашей рукой и дверной ручкой. Этот перенос известен как электростатический разряд или ESD.

Основы EOS / ESD, часть 1 | Ассоциация EOS / ESD, Inc.

Сделать выбор

Часть 1: Введение в ESD Часть 2: Принципы защиты от электростатического разряда Часть 3: Основные процедуры и материалы по контролю электростатического разряда Часть 4: Обучение и аудит Часть 5: Чувствительность устройства и тестирование Часть 6: Стандарты ESD

Основы электростатического разряда

Часть первая Введение в ESD

© 2020, EOS / ESD Association, Inc. , Rome, NY

Греческий ученый Фалес Милетский упомянул самое раннее сообщение об электричестве. Он обнаружил, что после протирания янтаря к нему притягиваются пыль и листья. Слово «трибоэлектрик», о котором мы поговорим позже, происходит от греческих слов tribo — что означает «тереть» и elektros — что означает «янтарь» (окаменелая смола из доисторических деревьев). Когда в 1700-х годах были открыты свойства проточного электричества, статическое электричество стало термином для обозначения старой формы электричества, которая отличала его от новых форм электричества.

Многие люди испытали статическое электричество и «удары» или электростатический разряд (ESD) при прикосновении к металлической дверной ручке после ходьбы по ковровому покрытию или после скольжения по автомобильному сиденью. Однако статическое электричество и электростатические разряды веками создавали серьезные промышленные проблемы. Еще в 1400-х годах европейские и карибские военные форты использовали процедуры статического контроля и заземляющие устройства, пытаясь предотвратить непреднамеренное возгорание запасов пороха электростатическим разрядом. К 1860-м годам бумажные фабрики по всей территории

США использовали базовое заземление, методы пламенной ионизации и паровые барабаны для рассеивания статического электричества с бумажного полотна в процессе его сушки. Каждый вообразимый бизнес и производственный процесс в тот или иной момент имеет проблемы с электростатическим зарядом и разрядом. Боеприпасы и взрывчатые вещества, нефтехимия, фармацевтика, сельское хозяйство, полиграфия и графика, текстиль, живопись и пластмассы — это лишь некоторые из отраслей, в которых контроль статического электричества имеет большое значение.

Эпоха электроники принесла с собой новые проблемы, связанные со статическим электричеством и электростатическим разрядом. И, поскольку электронные устройства становятся быстрее, а схемы становятся меньше, чувствительность к электростатическому разряду в целом увеличивается. Эта тенденция может усиливаться. Дорожная карта технологии электростатических разрядов (ESD) от EOS / ESD Association, Inc. пересматривается каждые несколько лет и гласит: «Поскольку устройства становятся все более чувствительными, необходимо, чтобы компании начали тщательно изучать возможности ESD в своих процессах обращения с ними».Сегодня электростатические разряды влияют на производительность и надежность продукции практически во всех аспектах глобальной электронной среды.

Несмотря на значительные усилия, предпринятые в последние десятилетия, электростатические разряды по-прежнему влияют на производительность, стоимость производства, качество продукции, надежность продукции и прибыльность. Стоимость поврежденных устройств колеблется от нескольких центов за простой диод до тысяч долларов за сложные интегральные схемы. Когда включены сопутствующие расходы на ремонт и переделку, доставку, рабочую силу и накладные расходы, существуют возможности для значительных улучшений.Сегодня почти все тысячи компаний, занимающихся производством электроники, обращают внимание на основные общепринятые элементы статического контроля. Сегодня доступны отраслевые стандарты EOS / ESD Association, Inc., которые помогут производителям разработать основные методы снижения и контроля статического заряда (см. Часть шестую — Стандарты ESD

). Маловероятно, что любая компания, игнорирующая статический контроль, сможет успешно производить и поставлять неповрежденные электронные компоненты.

Определения терминологии ESD можно найти в ESD ADV1.0 — Глоссарий, который можно бесплатно загрузить по адресу w ww.esda.org . Электростатический заряд определяется как «электрический заряд в состоянии покоя». Статическое электричество — это дисбаланс электрических зарядов внутри или на поверхности материала. Этот дисбаланс электронов создает электрическое поле, которое можно измерить и которое может влиять на другие объекты. Электростатический разряд (ESD) определяется как «быстрая самопроизвольная передача электростатического заряда, вызванная сильным электростатическим полем. Примечание. Обычно заряд проходит через искру между двумя проводящими телами с разными электростатическими потенциалами, когда они приближаются друг к другу ».

Электростатический разряд может изменить электрические характеристики полупроводникового устройства, ухудшая или разрушая его. Электростатический разряд также может нарушить работу полупроводникового прибора. нормальная работа электронной системы, вызывающая сбои в работе или отказ оборудования. Заряженные поверхности могут притягивать и удерживать загрязнения, затрудняя удаление частиц. При притяжении к поверхности кремниевой пластины или электрической цепи устройства переносимые воздухом частицы могут вызывать случайные дефекты пластин и снижение выхода продукции.

Управление электростатическим разрядом начинается с понимания того, как возникает электростатический заряд . Электростатический заряд чаще всего создается при контакте и разделении двух материалов. Материалы могут быть похожими или разными, хотя разные материалы имеют тенденцию выделять более высокий уровень статического заряда. Например, человек, идущий по полу, генерирует статическое электричество, когда подошвы обуви соприкасаются, а затем отделяются от поверхности пола.Электронное устройство, скользящее в сумку, магазин или трубку или из них, генерирует электростатический заряд, поскольку корпус устройства и металлические выводы создают множественные контакты и разъединения с поверхностью контейнера. Хотя величина электростатического заряда может быть разной в этих примерах, статическое электричество действительно образуется в каждом случае.

Создание электростатического заряда при контакте и разделении материалов известно как трибоэлектрический заряд. Он включает в себя перенос электронов между материалами.Атомы материала без статического заряда имеют равное количество положительных (+) протонов в ядре и отрицательных (-) электронов, вращающихся вокруг ядра. На рисунке 1 материал «A» состоит из атомов с равным количеством протонов и электронов. Материал B также состоит из атомов с равным (хотя, возможно, разным) числом протонов и электронов. Оба материала электрически нейтральны.

Рисунок 1: Трибоэлектрический заряд. Материалы создают тесный контакт

Когда два материала соприкасаются и затем разделяются, отрицательно заряженные электроны переносятся с поверхности одного материала на поверхность другого материала.Какой материал теряет электроны, а какой получает электроны, будет зависеть от природы двух материалов. Материал, который теряет электроны, становится положительно заряженным, а материал, который получает электроны, заряжается отрицательно. (Показано на рисунке 2.)

Рисунок 2: Трибоэлектрический заряд — разделение

Статическое электричество измеряется в кулонах. Заряд ( q ) на объекте определяется произведением емкости объекта (C) и потенциала напряжения на объекте ( В, ):

q = CV

Однако обычно мы говорим о электростатический потенциал на объекте, который выражается как напряжение.

Процесс контакта материала, переноса электронов и разделения — гораздо более сложный механизм, чем описанный здесь. Количество заряда, создаваемого трибоэлектрической генерацией, зависит от площади контакта, скорости разделения, относительной влажности, химического состава материалов, работы выхода поверхности и других факторов. Как только заряд создается на материале, он становится электростатически заряженным материалом или объектом (если заряд остается на материале или объекте).Этот заряд может передаваться от материала, создавая электростатический разряд или электростатический разряд. Дополнительные факторы, такие как сопротивление фактической разрядной цепи и контактное сопротивление на границе раздела между контактирующими поверхностями, также влияют на фактический высвобождаемый заряд. Типичные сценарии генерации заряда и результирующие уровни напряжения показаны в таблице 1. Также показан вклад влажности в снижение накопления заряда. Однако следует отметить, что генерация статического заряда все еще происходит даже при высокой относительной влажности.

M Eans поколения

Хождение по ковру Хождение по виниловой плитке

10-25% относительной влажности

35000 В

12 000 В

65-90% относительной влажности

1,500 В

250 В

Рабочий за верстаком

6,000 В

100 В

Полиэтиленовый пакет со скамейки

20,000 В

1,200 В

Стул с пенополиуретаном

18000 В

1,500 В

Электростатический заряд может также создаваться на материале другими способами, такими как индукция, ионная бомбардировка или контакт с другим заряженным объектом. Однако наиболее распространенным является трибоэлектрический заряд.

Серия трибоэлектриков

Когда два материала соприкасаются и разделяются, полярность и величина заряда указываются положениями материалов в трибоэлектрическом ряду . Таблицы трибоэлектрического ряда показывают, как возникают заряды на различных материалах. Когда два материала соприкасаются и разделяются, один из них ближе к вершине ряда получает положительный заряд, а другой — отрицательный.Материалы, расположенные дальше друг от друга на столе, обычно генерируют более высокий заряд, чем те, что расположены ближе друг к другу. Эти таблицы, однако, следует использовать только в качестве общего руководства, поскольку в них задействовано множество переменных, которые нельзя контролировать достаточно хорошо, чтобы обеспечить повторяемость. Типичный трибоэлектрический ряд показан в таблице 2.

+

Положительный

отрицательный

Мех кролика
Стекло
Слюда
Человеческий волос
Нейлон
Шерсть
Мех
Свинец
Шелк
Алюминий
Бумага
Хлопок
Сталь
Дерево
Янтарь
Сургуч
Никель, медь, латунь, серебро
Золото, платина
Золото, платина Ацетатный вискозный
Полиэстер
Целлулоид
Кремний
Тефлон

Практически все материалы, включая воду и частицы грязи в воздухе, могут иметь трибоэлектрический заряд. Количество генерируемого заряда, куда он уходит и как быстро зависит от физических, химических и электрических характеристик материала.

Материал, который предотвращает или ограничивает поток электронов через его поверхность или через его объем, из-за чрезвычайно высокого электрического сопротивления, называется изоляционным материалом. ESD ADV1.0 определяет изоляционные материалы определяются как материалы « с поверхностным сопротивлением или объемным сопротивлением, равным или превышающим 1.0 × 1011 Ом «. На поверхности изолятора может быть образовано значительное количество заряда. Поскольку изолирующий материал не пропускает поток электронов, положительные и отрицательные заряды могут находиться на изолирующей поверхности одновременно, хотя и в разных местах. Избыточных электронов в отрицательно заряженном пятне может быть достаточно, чтобы

удовлетворить отсутствие электронов в положительно заряженном пятне. Однако электроны не могут легко протекать по поверхности изоляционного материала, и оба заряда могут оставаться в место очень давно.

Материал, который позволяет электронам легко проходить через его поверхность или через его объем, называется проводящим материалом. ESD ADV1.0 определяет проводящие материалы как «материал с поверхностным сопротивлением менее 1,0 × 104 Ом или объемным сопротивлением менее 1,0 × 104 Ом». Когда проводящий материал становится заряженным, заряд (недостаток или избыток электронов) будет равномерно распределен по поверхности материала. Если заряженный проводящий материал соприкасается с другим проводящим материалом, электроны довольно легко распределяются между материалами.Если второй провод подсоединен к заземлению оборудования переменного тока или к любой другой точке заземления, электроны потекут на землю, и избыточный заряд на проводнике будет нейтрализован.

Электростатический заряд может создаваться трибоэлектрическим способом на проводниках так же, как он создается на изоляторах. Пока проводник изолирован от других проводников или земли, статический заряд будет оставаться на проводнике. Если проводник заземлен, заряд легко уйдет на землю.Или, если заряженный проводник контактирует с другим проводником с другим электрическим потенциалом, заряд будет течь между двумя проводниками.

Диссипативные материалы имеют электрическое сопротивление между изоляционными и проводящими материалами. ESD ADV1.0 определяет рассеивающие материалы как «материал с поверхностным сопротивлением, большим или равным 1,0 × 104 Ом, но менее 1,0 × 1011 Ом, или объемным сопротивлением, превышающим или равным 1,0 × 104 Ом, но менее 1.0 × 1011 Ом. Электронный поток может проходить через рассеивающий материал или через него, но он контролируется поверхностным сопротивлением или объемным сопротивлением материала.

Как и в случае с двумя другими типами материалов, заряд может генерироваться трибоэлектрическим способом на материале, рассеивающем статическое электричество. Однако, как и проводящий материал, материал, рассеивающий статическое электричество, позволяет передавать заряд на землю или другие проводящие объекты. Передача заряда от статического материала, рассеивающего статическое электричество, обычно занимает больше времени, чем от проводящего материала такого же размера.Передача заряда от материалов, рассеивающих статическое электричество, происходит значительно быстрее, чем от изоляторов, и медленнее, чем от проводящего материала.

Рисунок 3: Классификация сопротивления (из ANSI / ESD S541)

Электростатические поля

Заряженные материалы также имеют электростатическое поле и связанные с ним силовые линии. Проводящие объекты, попавшие в это электрическое поле, будут поляризованы с помощью процесса, известного как индукция . (См. Рис. 4.) Отрицательное электрическое поле отталкивает электроны на поверхности проводящего элемента, который подвергается воздействию поля. Положительное электрическое поле притягивает электроны к поверхности, оставляя положительно заряженными другие области. Никаких изменений в фактическом заряде элемента при поляризации не произойдет. Однако, если элемент является проводящим или рассеивающим и подключен к земле во время поляризации, заряд будет течь от земли или на землю из-за дисбаланса заряда. Если заземляющий контакт отключен, а затем электростатическое поле снято, заряд останется на элементе.Если непроводящий объект попадает в электрическое поле, электрические диполи будут стремиться выровняться с полем, создавая кажущиеся поверхностные заряды. Непроводник (изолирующий материал) нельзя заряжать индукцией.

Рисунок 4: Индукция

ПОВРЕЖДЕНИЕ ЭСР — КАК УСТРОЙСТВА ОТКАЗЫВАЮТСЯ

Согласно ESD ADV1.0, изменение электростатического разряда вызвано элементом электростатический разряд, из-за которого он не соответствует одному или нескольким указанным параметрам «.Это может произойти в любой момент, от производства до обслуживания на месте. Как правило, повреждение возникает в результате обращения с устройствами в неконтролируемой среде или при использовании неэффективных методов защиты от электростатического разряда. Как правило, повреждение классифицируется как катастрофический отказ или скрытый дефект.

Когда электронное устройство подвергается воздействию электростатического разряда, оно может перестать работать. Событие ESD могло вызвать расплавление металла, пробой соединения или повреждение оксида. Схема устройства необратимо повреждена, в результате чего устройство перестает функционировать полностью или хотя бы частично.Такие сбои обычно можно обнаружить при тестировании устройства перед отправкой. Если после тестирования произойдет событие ESD опасного уровня, деталь может быть запущена в производство, и повреждение останется незамеченным до тех пор, пока устройство не выйдет из строя при окончательном тестировании.

Пер ESD ADV1.0, скрытый отказ является «сбоем, который происходит после периода нормальной эксплуатации. Примечание: Отказ может быть связан с ранее электростатическим разрядом случае Понятие латентной недостаточности является спорным и не полностью принято. всеми в техническом сообществе

«.Устройство, подвергшееся воздействию электростатического разряда, может частично выйти из строя, но при этом продолжать выполнять свои функции. Поэтому выявить скрытый дефект сложно. Тем не менее, срок службы устройства может сократиться. Продукт или система, включающие устройства со скрытыми дефектами, могут выйти из строя после того, как пользователь введет их в эксплуатацию. Ремонт таких отказов обычно требует больших затрат, а в некоторых случаях они могут создавать опасность для персонала.

При наличии надлежащего оборудования относительно легко подтвердить, что в устройстве произошел катастрофический отказ, поскольку базовые тесты производительности подтвердят повреждение устройства.Однако скрытые дефекты сложно доказать или обнаружить с помощью современных технологий, особенно после сборки устройства в готовый продукт.

Повреждение электростатическим разрядом обычно вызывается одним из трех событий: прямым электростатическим разрядом на устройство , электростатическим разрядом от устройства или индуцированными полем разрядами. Произошло ли повреждение чувствительного к электростатическому разряду элемента (ESDS) в результате электростатического разряда, определяется способностью устройства рассеивать энергию разряда или выдерживать соответствующие уровни напряжения.Уровень выхода из строя устройства известен как чувствительность устройства к электростатическому разряду или восприимчивость к электростатическому разряду.

Событие электростатического разряда может произойти, когда любой заряженный проводник (включая тело человека) разряжается до объекта. Причиной электростатического повреждения может быть прямая передача электростатического заряда от тела человека или заряженного материала на ESDS. Когда человек идет по полу, на его теле накапливается электростатический заряд. Простой контакт (или близость) пальца к выводам ESDS или узла, который обычно имеет другой электрический потенциал, может привести к разрядке тела и, возможно, вызвать повреждение ESDS ESD.Модель, использованная для имитации этого события, — это модель человеческого тела (HBM). Подобный разряд может произойти от заряженного проводящего объекта, такого как металлический инструмент или приспособление. Исходя из характера разряда, модель, использованная для описания этого события, известна как машинная модель (ММ).

Передача заряда от ESDS к проводнику также является событием ESD. Статический заряд может накапливаться на самом ESDS в результате обращения с упаковочными материалами, рабочими поверхностями или поверхностями машин, а также при контакте с ними и их разделении.Это часто происходит, когда устройство перемещается по поверхности или вибрирует в упаковке. Модель, используемая для имитации передачи заряда от ESDS, называется моделью заряженного устройства (CDM). Емкости, энергии и формы колебаний тока отличаются от разряда

в ESDS, что, вероятно, приводит к другим режимам отказа.

Тенденция к автоматизированной сборке, кажется, решит проблемы, связанные с событиями HBM ESD. Однако было показано, что компоненты могут быть более чувствительными к повреждениям при сборке с помощью автоматизированного оборудования.Например, устройство может быть заряжено

, если сдвинуть устройство подачи вниз. Когда он соприкасается с вводной головкой или любой другой проводящей поверхностью, происходит быстрый разряд от устройства к металлическому объекту.

Другой процесс электростатического заряда, который может прямо или косвенно повредить устройства, называется индукцией поля. Как отмечалось ранее, всякий раз, когда какой-либо объект становится электростатически заряженным, возникает электростатическое поле, связанное с этим зарядом. Если ESDS помещается в электростатическое поле и заземляется, находясь в пределах электростатического поля, передача заряда от устройства происходит как событие CDM. Если объект удален из области электростатического поля и снова заземлен, произойдет второе событие CDM, поскольку заряд (противоположной полярности по сравнению с первым событием) передается от устройства.

Повреждение ESDS событием ESD определяется способностью устройства рассеивать энергию разряда или выдерживать уровни напряжения, участвующие в разряде. Как объяснялось ранее, эти факторы определяют чувствительность устройства к электростатическому разряду. Процедуры тестирования, основанные на моделях ESD-событий, помогают определить чувствительность компонентов к ESD.Хотя известно, что очень редко существует прямая корреляция между разрядами в процедурах испытаний и реальными событиями электростатического разряда, определение чувствительности электронных компонентов к электростатическому разряду дает некоторые рекомендации по определению степени необходимой защиты от электростатического разряда. Эти и другие процедуры описаны в пятой части этой серии.

Согласно ESD ADV1. 0, выдерживаемое напряжение электростатического разряда — это «самый высокий уровень напряжения, который не вызывает сбоя устройства; устройство выдерживает все испытанные более низкие напряжения».Многие электронные компоненты подвержены повреждению электростатическим разрядом при относительно низких уровнях напряжения. Многие из них чувствительны к напряжению ниже 100 вольт, а многие компоненты дисковода выдерживают напряжения даже ниже 10 вольт. Современные тенденции в дизайне и разработке продуктов включают в себя больше схем на эти миниатюрные устройства, что еще больше увеличивает чувствительность к электростатическому разряду и делает потенциальную проблему еще более острой. В таблице 3 указана чувствительность различных типов компонентов к электростатическому разряду.

Тип устройства или детали

СВЧ-устройства (диоды с барьером Шоттки, точечные диоды и другие детекторные диоды> 1 ГГц)

Устройства на дискретных МОП-транзисторах

Устройства на поверхностных акустических волнах (ПАВ)

Соединительные полевые транзисторы (JFET)

Устройства с зарядовой связью (ПЗС)

Прецизионные диоды стабилизатора напряжения (линия регулирования напряжения нагрузки, <0. 5%)

Операционные усилители (OP AMP)

Резисторы тонкопленочные

Микросхемы

GMR и новые записывающие головки для дисковых накопителей

Лазерные диоды

Гибриды

Очень быстродействующие интегральные схемы (VHSIC)

Кремниевые выпрямители (SCR) с Io <0.175 А при температуре окружающей среды 10 ° C

* Конкретные уровни чувствительности доступны в технических паспортах поставщика.

РЕЗЮМЕ

В части 1 Основ ESD обсуждаются электростатический заряд и разряд, механизмы создания заряда, материалы, типы повреждений ESD, события ESD и чувствительность к ESD. Мы можем резюмировать это обсуждение следующим образом:

  1. Практически все материалы, включая проводники, могут быть трибоэлектрическими
  2. На величину заряда влияют тип материала, скорость контакта и разделения, влажность и ряд других факторов.
  3. Заряженные предметы имеют электростатический заряд
  4. ESD может повредить устройства, поэтому параметр сразу же не сработает, или ESD может быть скрытым дефектом, который может не обнаруживаться немедленно, но может привести к преждевременному отказу устройства.
  5. Электростатический разряд может возникать в процессе производства, испытаний, доставки, погрузочно-разгрузочных работ или эксплуатации, а также во время обслуживания на месте
    Повреждение

  6. ESD может произойти в результате разряда на устройства, от устройства или в результате передачи заряда в результате электростатических полей.Устройства значительно различаются по восприимчивости к

Защита продуктов от воздействия электростатического разряда начинается с понимания этих фундаментальных концепций электростатических зарядов и разрядов. Эффективная программа борьбы с электростатическим разрядом требует эффективной программы обучения, в которой весь задействованный персонал понимает ключевые концепции. См. В Части 2 основные концепции управления электростатическим разрядом.

ESD ADV 1.0, Глоссарий , EOS / ESD Association, Inc., Рим, Нью-Йорк.

ESD TR20.20, Справочник ESD , EOS / ESD Association, Inc., Нью-Йорк.

ESD ADV11.2, Тестирование накопления трибоэлектрического заряда , EOS / ESD Association, Inc., Рим, Нью-Йорк.

ANSI / ESD S20.20 — Стандарт для разработки программы контроля электростатического разряда , EOS / ESD Association, Inc., Рим, Нью-Йорк.

Что такое ESD (электростатический разряд)?

Обновлено: 30.04.2020, Computer Hope

Сокращение от электростатического разряда , ESD — одно из немногих действий, которые вы можете сделать, чтобы повредить или разрушить компьютер или его части.Подобно удару, который вы получаете при трении ногами о ковер и прикосновении к чему-то металлическому, электростатический разряд может возникнуть при работе за компьютером и вызвать повреждение компонентов. Электростатический разряд может возникнуть, не вызывая у вас шока, и возникает только при работе с внутренними компонентами компьютера или при работе с платой расширения или другим оборудованием.

Предотвращение электростатического разряда и собственное заземление

Лучшим методом предотвращения электростатического разряда является использование антистатического браслета, заземляющего коврика или рабочего стола для заземления. Однако, поскольку у большинства пользователей нет доступа к таким элементам, мы включили следующие шаги, чтобы максимально снизить вероятность возникновения электростатического разряда.

Кончик

Если вы планируете работать с внутренними компонентами компьютера более одного раза, мы настоятельно рекомендуем приобрести и использовать антистатический браслет.

  • Нулевой потенциал — Самое главное, убедитесь, что вы и компьютер находитесь под нулевым потенциалом, постоянно прикасаясь к неокрашенной металлической поверхности корпуса или корпуса блока питания компьютера.
  • Постоянный — Всегда стойте при работе внутри компьютера. Если вы сидите на стуле или на полу, он может генерировать больше электростатического заряда.
  • Шнуры — Отсоедините все от задней части компьютера (например, шнур питания, монитор и USB-кабели).
  • Одежда — Не надевайте одежду, проводящую электрический заряд, например шерстяной свитер.
  • Погода — Грозы могут увеличить риск возникновения электростатических разрядов; если можно подождать, постарайтесь не работать за компьютером во время грозы.
  • Принадлежности — Чтобы уменьшить электростатический разряд и предотвратить другие проблемы, также рекомендуется удалить все украшения.
  • Поверхность — Стоя на твердой поверхности, компьютер или другие устройства, чувствительные к статическому электричеству, должны находиться на столе.

Антистатические инструменты

При работе внутри компьютера имейте как минимум браслет, чтобы защитить чувствительные компоненты от повреждения электростатическим разрядом. Если вы ведете бизнес, связанный с большим количеством чувствительного оборудования, также настоятельно рекомендуется использовать заземляющий коврик и даже заземляющий стол.

  • См. Наше определение инструментов для получения списка других инструментов для ремонта компьютеров.

Прочие термины, связанные с ESD

Ниже приводится список других терминов, относящихся к ESD, которые можно найти в нашем компьютерном словаре.

Оборудование повреждено

Если компьютер больше не загружается после работы внутри него, попробуйте следующие рекомендации.

  1. Если вы добавили какие-либо новые детали, удалите их и попробуйте снова загрузить компьютер. Если компьютер загружается, значит, деталь не подключена должным образом или несовместима с компьютером. Попробуйте еще раз, чтобы проверить.
  2. Если компьютер по-прежнему не загружается должным образом после удаления всего нового оборудования или вы не добавляли новое оборудование, убедитесь, что все кабели и карты расширения подключены к компьютеру.
  3. Убедитесь, что каждая плата расширения установлена ​​надежно, а не частично.
  4. К сожалению, если компьютер по-прежнему не загружается должным образом, возможно, что-то было повреждено и из-за чего он не работает. Если компьютер издает необычный звуковой сигнал, обратитесь к нашей странице звуковых кодов для получения рекомендаций и списков звуковых кодов.

Статическое электричество | Ганноверская страховая группа

Разряд статического электричества (например, электростатический разряд) может вызвать пожары и взрывы, часто приводящие к большим потерям. На этой странице кратко описаны свойства статического электричества и меры противопожарной защиты, связанные с электростатическим разрядом.

Введение

Статическое электричество непреднамеренно генерируется во время многих промышленных операций. Такие операции могут включать перенос жидкостей между контейнерами; смешивание и смешивание жидкостей; или дробление, измельчение или просеивание порошков. Хотя возникновение статического заряда вызывает беспокойство, причиной повреждения является электростатический разряд (ESD). ESD — это быстрое высвобождение или перенос электронов от одного объекта к другому, что приводит к нейтрализации заряда на обоих материалах.

Для возникновения электростатического разряда требуются три условия: должен быть процесс, генерирующий статический заряд, заряд должен накапливаться, и накопление заряда должно быть достаточно большим, чтобы вызвать электрический пробой окружающей атмосферы.Тип разряда и количество выделяемой энергии будут зависеть от физических и химических свойств системы.

ESD могут вызвать пожары и взрывы. Чтобы это произошло, разряд должен происходить в воспламеняющейся или взрывоопасной атмосфере, а разряд должен быть достаточно сильным, чтобы воспламенить атмосферу. Если смесь находится за пределами допустимого диапазона воспламенения или статический разряд не имеет достаточной энергии, воспламенения не произойдет. Контроль любого из условий, необходимых для электростатического разряда, может снизить опасность статического электричества.Одним из распространенных методов борьбы с опасностями статического электричества является использование соединения и заземления, например, при перекачке легковоспламеняющихся жидкостей. Связывание и заземление уменьшают количество генерации / накопления заряда и нейтрализуют заряд.

Этот отчет представляет собой введение в статическое электричество и контроль электростатического разряда. В нем описаны различные проблемы пожара, которые могут быть вызваны статическим электричеством, а также кратко описаны физика, природа, возникновение и методы борьбы.

Статическое электричество

Ядро атома содержит протоны, имеющие положительный заряд, и нейтроны, не имеющие заряда. Поле электронов с отрицательным зарядом вращается вокруг ядра. Основываясь на этой фундаментальной структуре атомов, поверхности всех материалов будут обладать электронами. Когда материалы с различными концентрациями слабо связанных поверхностных электронов приводят в контакт друг с другом, поверхностные электроны пытаются сбалансировать, позволяя атому стать электрически нейтральным.Пока два материала находятся в контакте, поверхностные электроны свободно обмениваются. Эта «связь» наиболее распространена, когда материалы состоят из материалов с большим количеством свободных электронов на внешней оболочке атома.

Когда материалы разделены, перенос электронов прекращается, и оба материала могут оставаться с электрическим зарядом на поверхности. Когда объект теряет электроны (например, становится положительно заряженным) или приобретает электроны (например, становится отрицательно заряженным), он развивает статический заряд.

В статическом режиме этот заряд может увеличиваться в размерах, пока не перейдет в другой материал с противоположным зарядом. Типичный пример этого статического заряда — натирание хлопка (например, носков) по полиэстеру (например, ковру). Человек, соприкасающийся (то есть связанный) с хлопком, разовьет заряд. Когда этот человек касается другого предмета (например, дверной ручки) с меньшим зарядом, заряд переносится (то есть нейтрализуется). Если заряд имеет высокий потенциал, заряд может перекрывать воздушное пространство для рассеивания, что называется электростатическим разрядом.

Генерация статического заряда

Различные материалы и процессы могут приводить к образованию статического заряда, включая движение жидкостей по трубам и шлангам, распыление жидкостей и перемещение мелкодисперсных твердых частиц. Генерация статического заряда происходит в точке контакта материалов, которую часто называют относительной границей раздела. Генерация заряда обычно происходит, когда контакт включает движение, например, жидкость по шлангу. Это относительное движение позволяет увеличивать потенциал статического заряда.

Статический заряд часто возникает, когда материалы, которые обычно являются изоляторами, например бумага, контактируют с неизолирующими материалами, такими как сталь. Этот тип генерации заряда часто называют трибоэлектрическим или трением. Движение бумаги по ролику из нержавеющей стали позволяет перемещать свободные выборы на поверхности ролика к бумаге. Это вызывает появление на бумаге отрицательного заряда, который может сохраняться в течение длительного времени (например, нескольких часов). Доказательства этого типа зарядки можно ясно продемонстрировать, потерев полиэтиленовый лист (т.е.е., сэндвич-пленка) поверх куска нержавеющей стали. Статический заряд на полиэтилене позволит ему прикрепляться к материалам с более низким потенциалом, таким как стены, что приводит к «статическому сцеплению».

Общие промышленные условия, при которых может возникать статическое электричество, включают:

  • Поток жидкости по трубам и фильтрам.
  • Заливка жидкости между двумя отдельными емкостями.
  • Распыление проводящих жидкостей.
  • Потирание поверхности изоляционного материала.
  • Прохождение конвейеров по роликам.
  • Дробление, измельчение и просеивание.
  • Выгрузка порошка из пакетов.

Люди могут также накапливать статические заряды, ходя по изоляционным полам или коврам или снимая синтетическую одежду. Независимо от используемых материалов, процесс генерации заряда требует, чтобы разнородные поверхности контактировали друг с другом и передавали свободные электроны. В результате разделения один из материалов сохраняет заряд.

Электростатический разряд

Статические заряды со временем постепенно рассеиваются из-за естественного отталкивания одноименно заряженных атомов и молекул. Скорость рассеяния заряда будет зависеть от характеристик материала и наличия проводящего пути к материалу с другим электрическим состоянием. Если скорость генерации заряда больше, чем скорость рассеивания заряда, или объект изолирован от проводящего пути, так что заряд не может выравниваться, статический заряд будет накапливаться на объекте.

Этот разряд энергии происходит, когда накопление заряда достигает достаточно высокого потенциала, чтобы перекрыть воздушное пространство другому материалу. Существует несколько типов электростатических разрядов, включая искры, тлеющие коронки, щеточные разряды и объемные поверхностные разряды. По сути, тип разряда зависит от используемых материалов и формы области, где возникает перемычка между поверхностями. Электростатический разряд является важным источником воспламенения легковоспламеняющихся жидкостей, газов и некоторых видов пыли.

Легковоспламеняющиеся жидкости

Статический заряд возникает, когда жидкости движутся в контакте с другими материалами (например, жидкость течет по трубе). Статический заряд также возникает во время смешивания, заливки, откачки, фильтрации или перемешивания жидкостей. Эта накопленная энергия представляет собой потенциальный источник возгорания. Когда накопленный заряд рассеивается, возникающая энергия может воспламенить горючую паровоздушную смесь. Эта опасность наиболее велика, когда жидкости переносятся между контейнерами, могут стоять в открытых контейнерах или наноситься на поверхности, поскольку могут образовываться как статический заряд, так и горючая топливно-воздушная смесь.

Горючие газы

Как и в случае с легковоспламеняющимися жидкостями, статический разряд может привести к воспламенению горючих газов. Процесс, при помощи которого это может происходить, в основном такой же, как и для жидкостей, за исключением того, что газы легче воспламеняются. Газы, не загрязненные твердыми или жидкими частицами, не генерируют значительного статического электричества. Однако статический заряд может возникнуть, если протекающий газ загрязнен пылью, оксидами металлов, частицами накипи, частицами жидкости или аэрозолями.

Пыль

Пыль, смещенная с поверхности, на которой она лежит, может генерировать значительный заряд. Общий развиваемый заряд зависит от химического состава материала, размера частиц и степени контакта с поверхностью. Генерация заряда возникает редко, если и пыль, и поверхность, на которой она лежит, являются проводниками. Однако это может произойти, если один материал является проводником, а другой — непроводником.

Когда горючая пыль взвешивается в воздухе и подвергается статическому разряду, может произойти взрыв. См. Дополнительную информацию по этой теме в разделе «Взрывы пыли».

Контроль электростатических разрядов

Для предотвращения возгорания горючих смесей от электростатического разряда можно использовать три основных метода. Они контролируют воспламеняющуюся смесь, контролируют накопление статического электричества и нейтрализуют заряд.

Контроль горючей смеси

Инерцирование горючих смесей, вентиляция помещения или перемещение оборудования, создающего статическое электричество, могут предотвратить возгорание горючих смесей, вызванное статическим электричеством.

Инертинг

Процесс инертизации легковоспламеняющейся смеси для предотвращения воспламенения достигается устранением или уменьшением содержания кислорода до точки, при которой смесь не может воспламениться. Наиболее эффективный метод инертизации смеси — введение в газовую смесь инертного газа, такого как азот, в результате чего создается среда с дефицитом кислорода.

Вентиляция

Механическая вентиляция может использоваться аналогично инертированию. За счет использования механической вентиляции смесь может быть разбавлена ​​до уровня ниже ее воспламеняемости, в результате чего смесь будет слишком бедной для горения.Этот процесс также может использоваться для удаления горючей пыли от источников возгорания.

Переезд

Перемещение оборудования, генерирующего статическое электричество, является очень эффективным решением для контроля за воспламеняющейся средой. Этот метод желателен, поскольку он устраняет источник возгорания и не полагается на другие методы контроля, которые могут дать сбой.

Контроль статической генерации

Контроль статического электричества основан на контроле того, как эти материалы объединяются и разделяются.Тип материала, скорость контакта и продолжительность контакта — все это играет ключевую роль в генерации заряда. Контроль статического электричества зависит от контактирующих друг с другом материалов.

Антистатические покрытия, добавки и спреи снижают способность материала генерировать статический заряд за счет снижения поверхностного сопротивления материала, что позволяет статическому заряду течь на землю. Снижение поверхностного сопротивления материала позволяет электронам быстро рассеиваться, предотвращая высвобождение большого накопленного отрицательного заряда.

Углеводородное топливо содержит следовые количества материалов, которые могут диссоциировать на ионы. Во время потока топлива разделение заряда происходит на границе раздела между топливом и любым несмешивающимся материалом, например стенкой трубы. Эта статическая зарядка углеводородного топлива во время перекачки уже давно признана потенциальной опасностью взрыва. Опасность может быть уменьшена путем ограничения расхода топлива во время транспортировки продукта. Эта уменьшенная скорость потока позволяет электронному заряду рассеиваться быстрее, чем он может накапливаться на поверхности контейнера, что предотвращает накопление статического электричества.

Нейтрализация заряда

Нейтрализация заряда — это процесс, при котором накопленные статические заряды одного электрического потенциала становятся нейтральными. Путем устранения (например, нейтрализации) заряда исключается возможность неконтролируемого рассеивания заряда и связанного с этим возгорания. Методы нейтрализации заряда включают увлажнение, заземление и склеивание, ионизацию и статические гребни.

Увлажнение

Увлажнение — это процесс повышения относительной влажности в рабочей зоне для предотвращения накопления статических зарядов на непроводящих материалах.Увлажнение наиболее эффективно для борьбы с накоплением статического электричества там, где в производственных процессах используются изоляционные материалы, такие как бумага, дерево и текстиль. Поскольку эти материалы обычно являются изоляторами, они могут накапливать статические заряды в результате обработки и повседневного обращения. При увеличении относительной влажности поверхности материалов становятся влажными. Эта влага увеличивает поверхностную проводимость, позволяя статическому заряду свободно рассеиваться. Чтобы быть эффективным, уровень влажности должен быть повышен как минимум до 60 процентов или выше. Увлажнение неэффективно для контроля статического электричества на материалах с высоким содержанием углеводородов из-за неспособности углеводородов поглощать воду.

Заземление (заземление) и соединение

Заземление и перемычка являются одними из самых распространенных методов рассеивания заряда. «Соединение» — это метод соединения двух или более проводящих объектов вместе с помощью проводящих проводов или кабелей. «Заземление» или «Заземление» — это метод соединения двух или более проводящих объектов с землей и особая форма соединения.Некоторые объекты по своей природе связаны с землей (например, подземные трубопроводы или подземные или надземные резервуары для хранения). Склеивание минимизирует потенциальные различия между проводящими объектами. Заземление устраняет или сводит к минимуму разность потенциалов между проводящими объектами и землей.

Жидкости с температурой воспламенения º ниже 100 ° F (37,8 ° C) нельзя переносить между контейнерами, если оба контейнера не соединены или не заземлены. Надлежащее соединение или заземление необходимо для предотвращения накопления статического электричества, возникающего при переносе жидкостей.Положения для подключения или заземления включают:

  • Электрическое соединение (т. Е. Скрепление) контейнеров друг с другом перед переносом жидкости.
  • Электрическое соединение обоих контейнеров с заземлением перед перекачкой жидкости.

Дополнительное руководство по контролю статического электричества можно найти в NFPA 77, Рекомендуемая практика по статическому электричеству , опубликованном Национальной ассоциацией противопожарной защиты (NFPA). В Приложении A к NFPA 77 представлены подробные чертежи различных методов соединения и заземления.Эти чертежи можно использовать в качестве руководства по типам методов заземления и соединения, которые могут применяться в различных процессах дозирования.

Клеящие соединения могут выполняться с помощью зажимов под давлением, пайки или сварки. Зажимы аккумуляторного типа или магнитные зажимы могут использоваться для обеспечения контакта металла с металлом, в зависимости от типа используемых металлов.

Заземление также может быть выполнено с помощью «статической гребенки». Статическая расческа — это просто металлический стержень с рядом острых игл.Если заземленную статическую гребенку поднести близко к изолированному заряженному телу (или заряженной изолирующей поверхности), ионизация воздуха в точках обеспечит достаточную проводимость, чтобы заряд быстро рассеялся. Статические гребни обычно используются для рассеивания энергии в процессе, в котором используются изоляционные материалы, такие как бумага и текстиль. Гребень изготовлен из проводящего материала, такого как сталь или медь, который электрически соединен с землей (нейтралью). При поддержании постоянного контакта с продуктом поверхностные заряды, улавливаемые изолятором, рассеиваются через гребенку на землю, тем самым устраняя накопление статического электричества.Этот метод очень эффективен и используется как в производстве, так и в обычных устройствах, таких как компьютерный принтер.

Ионизация

Статический заряд проводящего объекта может свободно течь по поверхности объекта. На проводящем сферическом объекте заряд равномерно распределяется по поверхности. На проводящем несферическом объекте самоотталкивание заряда заставит его накапливаться на поверхности с наименьшим радиусом кривизны.

Если проводящее тело окружено воздухом (или другим газом) и на проводящем объекте есть острые иглы, заряд будет концентрироваться на них и производить ионизацию воздуха, делая его проводящим.Острое острие иглы позволяет проводнику достигать лишь небольшого напряжения до того, как скорость утечки или скорость рассеяния заряда сравняется со скоростью генерации заряда. Следовательно, на таком объекте не будет накапливаться статический заряд.

Сводка

При контакте разнородных материалов друг с другом может возникнуть статический заряд. Эти заряды могут представлять собой незначительные неудобства или значительный источник энергии воспламенения в определенных условиях. Контроль образования, накопления и разряда статического электричества требует целенаправленного анализа задействованных процессов и реализации мер контроля.

Список литературы

  1. Eckhoff, R.K. Взрывы пыли в обрабатывающих производствах . 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Elsevier, 1997.
  2. .

  3. Международный совет кодов (ICC). Международный кодекс пожарной безопасности . Фолс-Черч, Вирджиния: ICC, 2015.
  4. Luttgens, G., and N. Wilson. Электростатическая опасность . 1-е изд. Оксфорд, Великобритания: Linacre House, 1997.
  5. Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA). Справочник по противопожарной защите . 20-е изд.Куинси, Массачусетс: NFPA, 2008.
  6. Рекомендуемая практика по статическому электричеству . NFPA 77. Quincy, MA: NFPA, 2014.
  7. .

¹ Точка воспламенения . Точка воспламенения — это минимальная температура, при которой из жидкости выделяется достаточно пара для образования горючей смеси с воздухом.


АВТОРСКИЕ ПРАВА © 2016, ISO Services, Inc.

Рекомендации, советы и содержание этого материала предназначены только для информационных целей и не предназначены для рассмотрения всех возможных юридических обязательств, опасностей, нарушений кодекса, потенциальных убытков или исключений из надлежащей практики. Ганноверская страховая компания и ее филиалы и дочерние компании («Ганновер») прямо отказываются от каких-либо гарантий или заявлений о том, что принятие любых рекомендаций или советов, содержащихся в данном документе, сделает любые помещения, имущество или работу безопасными или в соответствии с любым законом или постановлением. Ни при каких обстоятельствах этот материал или ваше согласие с любыми рекомендациями или советами, содержащимися в нем, не должны истолковываться как устанавливающие наличие или доступность какого-либо страхового покрытия с The Hanover.Предоставляя вам эту информацию, The Hanover не берет на себя (и, в частности, отказывается от ответственности) перед вами никаких обязательств или ответственности. Решение о принятии или выполнении любых рекомендаций или советов, содержащихся в этом материале, должно приниматься вами.

LC ДЕК 2018 2015-152
171-1199 (18.04)

СИЗ для электробезопасности: антистатические, электростатические или изоляционные?

Электричество — это товар в нашей современной жизни. Некоторые люди работают с электричеством напрямую — инженеры, электрики, электротехники и многие другие.А другие работают с ним косвенно.

По данным OSHA, около 350 смертей, связанных с электричеством, происходят на рабочем месте в США каждый год. Поэтому выбор правильной защиты от электробезопасности имеет решающее значение. И правильный выбор начинается с понимания рисков.

Узнайте, как правильно выбрать оборудование для электробезопасности для ваших рабочих.

Это явление, которое обычно возникает как в естественной среде, так и на промышленных объектах.Статические заряды энергии возникают из-за физических или химических изменений или процессов динамического характера и могут быть прямым следствием нашей деятельности.

Статические заряды обычно образуются в результате трения вашей одежды о другую поверхность, когда вы двигаетесь — ваше тело, одежда или обивка стула. Вы наверняка испытывали статический заряд в повседневной жизни, когда снимали свитер, натягивая его через голову.

В рабочей среде накопление этих зарядов может быть опасным, поскольку потенциальный разряд может вызвать искры, которые могут быть опасными для жизни во взрывоопасных зонах.Они могут вызвать множество различных нарушений: пожары, взрывы, технологические нарушения производственных процессов или сбои в работе оборудования.

Все потенциальные источники возгорания должны быть устранены во взрывоопасной атмосфере в соответствии с процедурами электробезопасности. Средства индивидуальной защиты (СИЗ), такие как промышленные защитные шлемы, средства защиты глаз и лица или обувь, сами могут быть причиной опасных искровых разрядов и, таким образом, стать источником возгорания.

Следовательно, СИЗ для обеспечения электробезопасности, проверенные с точки зрения электростатических свойств, следует использовать во взрывоопасных зонах. Особое внимание следует уделять материалам, из которых изготовлены СИЗ для обеспечения электробезопасности, а также тому, могут ли они подвергаться опасным зарядам статическим электричеством. Во-вторых, необходимо проверять электробезопасность СИЗ, если при включении и выключении они могут вызывать опасное статическое электричество.

Антистатическая рабочая обувь снижает количество статического электричества, накапливаемого при ходьбе, рассеивая статическое электричество от тела на землю, тем самым сводя к минимуму вероятность возгорания от статической электрической искры.Они должны иметь низкое электрическое сопротивление от 0,1 до 1000 Мегаом (МОм).

Антистатические и антистатические свойства СИЗ для электробезопасности основаны на проводимости. Они защищают, рассеивая электрические заряды на земле, предотвращая статический разряд, заряд или искру. Они противоположны электроизоляционным материалам, которые защищают вас от замыкания электрической цепи на землю.

При работе с объектами, которые нельзя отключить от источника электроэнергии, сотрудники должны носить электроизоляционную одежду и оборудование.

Электроизоляционное оборудование изготовлено из материалов, которые блокируют передачу зарядов, поэтому электричество не может проходить через материал.

Резина, вероятно, является наиболее часто используемым изолятором. Вставка его в подошву ботинок или перчаток — наиболее часто используемый способ добавить изоляторы в одежду. Обратите внимание на наши резиновые перчатки и рукава.

Также необходима электрическая изоляционная одежда с высоким сопротивлением, тем более что идеального изолятора не существует.Даже изоляторы содержат небольшое количество мобильных зарядов, которые могут проводить ток. Одежда из металла или углеродного волокна позволяет заряду рассеиваться.

Материалы с низкой электропроводностью и токопроводящие объекты, изолированные от земли, могут накапливать электростатические заряды из-за статического электричества. Электростатические разряды (ESD) возникают из-за избытка электрических зарядов.

ESD может вызывать вредные эффекты в промышленных средах, включая взрывы газа, паров топлива и угольной пыли, а также выход из строя компонентов твердотельной электроники, таких как интегральные схемы. Они могут необратимо повредиться при воздействии высокого напряжения.

Поэтому производители электроники устанавливают зоны защиты от статического электричества, свободные от статического электричества, используя меры по предотвращению заряда. К ним относятся отказ от сильно заряжающихся материалов, обеспечение рабочих антистатической одеждой и обувью и контроль влажности.

Подобно антистатическому оборудованию, ESD также направлен на максимально быстрое рассеивание зарядов для предотвращения статических разрядов. Однако защита от электростатического разряда относится к защите продукта или производственного процесса, а не человека.Таким образом, продукты ESD не считаются СИЗ.

1. Выбирайте одежду из антистатических волокон, чтобы предотвратить накопление зарядов. Таким образом вы предотвратите электростатический разряд.

2. Носите антистатическую обувь. Как и антистатическая защитная обувь, это токопроводящая защитная обувь. Обувь ESD защищает электрооборудование, проводя электрические заряды на землю, предотвращая статический разряд, заряд или искру. Защитная обувь от электростатического разряда имеет даже более низкое электрическое сопротивление, чем антистатическая обувь, между 0.1 и 100 МОм (МОм).

3. Антистатические перчатки предназначены для использования в среде с низким уровнем загрязнения и чувствительности к твердым частицам, защищая рабочих и окружающую среду.

Носите каску в рабочих зонах, где существует риск контакта с электрическими проводниками, которые потенциально могут коснуться головы. Каски класса E предназначены для уменьшения воздействия на проводники высокого напряжения и обеспечивают защиту до 20 000 вольт.

Изоляционные резиновые перчатки — одно из важнейших средств индивидуальной защиты электромонтажников.Изоляционные перчатки и рукава должны быть рассчитаны на напряжение, которому будет подвергаться рабочий, и должны иметь маркировку, указывающую на их номинальные характеристики [класс 00 — сопротивление до 500 В переменного тока (AC) / контрольные испытания до 2500 В переменного тока и 10000 В постоянного тока ( Постоянного тока) — через класс 4 — сопротивление до 36 000 В переменного тока / контрольные испытания до 40 000 В переменного тока и 70 000 В постоянного тока].

Используйте защитную обувь, если ваши ноги подвергаются опасности поражения электрическим током. Изоляционные или диэлектрические сапоги предотвращают прохождение зарядов через ваше тело на землю.Электробезопасная обувь изготавливается с подошвой и каблуком, устойчивыми к электрическому удару. Также проверяется сопротивление диэлектрических башмаков — класс 00 имеет сопротивление до 500 В переменного тока или 750 постоянного тока; класс 0 имеет сопротивление до 1000 В переменного тока или 1500 В постоянного тока. Наивысший сертифицированный уровень электрической защиты, электроизоляционные ботинки класса 4, обеспечивают максимальное рабочее напряжение 36000 В.

Между тремя обсуждаемыми типами материалов для электробезопасности есть как большие, так и тонкие различия.Вкратце, антистатические материалы защищают вас от искр и взрывов, в то время как материалы ESD защищают ваше чувствительное оборудование, а изоляционные или диалектические материалы защищают вас от поражения электрическим током.

Защита от электростатического разряда: достижения и применение

«… очень своевременно, так как участники являются экспертами в своих областях и отраслях.… Охватывает важные области применения схем защиты от электростатического разряда (ESD), такие как автомобильные интегральные схемы, электроника на основе GaN и передовые литейные процессы.Я настоятельно рекомендую эту книгу проектировщикам схем, инженерам по отказам и анализу ».
— Кин-Леонг Пей, профессор и младший проректор Сингапурского университета технологии и дизайна

«Отличная команда опытных авторов, которые написали и подробно рассказали о защите кремниевых чипов от электростатического разряда, включая учебные пособия и короткие курсы на различных конференциях, обязательно напишут выдающуюся книгу, которая послужит введением для новичков в этой области. поле и своевременно предоставлять обновления тем, кто уже работает в нем.»
— Димитрис Э. Иоанну, Университет Джорджа Мейсона, Фэрфакс, Вирджиния, США

«. .. подробно рассказывает о защите на уровне компонентов, и это заслуга книги, потому что в нескольких книгах исследуются решения на уровне системы, но очень немногие делают это на уровне компонентов. … ценный ресурс для промышленности разработчики компонентов на основе технологии комплементарных металлооксидных полупроводников (CMOS) и электронного оборудования, а также инженеров-разработчиков.Это будет интересно менеджерам и разработчикам бытовой электроники и исследователям электроники.«
— Spartaco Caniggia, консультант по вопросам целостности сигналов (SI) и электромагнитной совместимости (EMC)

«Под редакцией доктора Джуина Дж. Лиу в сотрудничестве с Кшиштофом Иневски и 20 другими редакторами, Защита от электростатического разряда: достижения и приложения объединяет команду опытных и уважаемых исследователей и инженеров со всего мира, представляющих университеты и полупроводниковая промышленность, обладающая опытом в области электростатического разряда (ESD) Эта книга действительно представляет собой зал славы ESD.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *