Statik elektrik

Statik Elektriğin Nedenleri

Maddeler, elektriksel olarak nötr olan atomlardan meydana gelmektedir. Çünkü, atomlar içerisinde bulunan pozitif yüklerin (çekirdeğinde bulunan protonlar) sayısı ile negatif yüklerin (çekirdeğin etrafındaki kabuklarda bulunan elektronlar) sayısı birbirine eşittir. Statik elektrik olgular, pozitif ve negatif yüklerin ayrımına gereksinim duymaktadır.  İki madde birbirleri ile temasa geçtiği zaman, elektronlar bir maddeden diğer maddeye geçebilir, ve böylece bir madde üzerinde aşırı miktarda pozitif yük, diğeri üzerinde ise buna eşit miktarda bir negatif yük bırakır. Maddeler ayrıldıkları zaman ise, yükleri oransız bir şekilde tutarlar.

Dokunma ile elektriklenme

Elektrikle yüklü bir cisim yüksüz bir cisme dokundurulduğu zaman, o cismi kendi cinsinden elektrik yükler. Örneğin, nötr bir cisme (+) yüklü bir cisim dokundurulursa son yük durumunda her ikisi de (+) yüklenir. Yük miktarları eşitse son durumda her ikisi de nötr olur. Eğer (-) miktarı fazlaysa son durumda her ikisi de (-), (+) miktarı fazlaysa son durumda her ikisi de (+) yüklü olur.

Sürtünme ile elektriklenme

Bu kısımda sürtünen cisimler arasında elektron geçişi olur ve elektron kaybeden (+), kazanan (-) yükle yüklenir. Örneğin, yün kumaş ile ebonit (plastik) çubuk birbirine sürtüldüğünde yün kumaş pozitif, ebonit çubuk negatif yükle yüklenir. Aynı şekilde, ipek kumaş ile cam çubuk birbirine sürtüldüğünde ipek kumaş negatif, cam çubuk pozitif yükle yüklenir. Bunun nedeni ipek kumaş ile ebonit çubuğun elektron almaya, yün kumaş ile cam çubuğun elektron vermeye yatkın olmasıdır. Ayrıca, kazağımızı çıkartırken saçımız ile kazağımız arasında sürtünme gerçekleşir ve saçlarımız havaya kalkar.

Elektronik Bileşenler

Elektrikte kullanılan birçok yarı iletken cihaz, statik elektriğin varlığına karşı oldukça uyarlıdır, statik deşarj tarafından zarar görebilir. Antistatik kayış kullanımı, nano-cihazları manipüle etmek için kullanan araştırmacılar için önemlidir. Ek olarak, kalın kauçuk tabanlı ayakkabılar giyilerek ve kalıcı olarak metal zemin üzerinde durularak önlem alınabilir.

Yanıcı ve Tutuşabilen Maddelerde Statik Birikme

Statik elektriğin boşalması, yanıcı maddeler ile uğraşan sektörlerde patlayıcı karışımları tutuşturarak tehlike yaratabilmektedir.
İnce toz haline getirilmiş akan maddeler, borularda bulunan düşük iletkenliğe sahip sıvılar ya da mekanik çalkalanma statik elektrik birikimine neden olabilmektedir. İncecik toz halindeki toz bulutları, yanıcı veya patlayıcı olabilir. Bir toz ya da buhar bulutu içerisinde statik deşarj olduğu zaman, patlamalar gerçekleşir. Meydana gelen büyük kazalar şunlardır: güneybatı Fransa’da bir silo, Tayland’da bir boya fabrikası, Kanada’da fiberglas yapan bir fabrika, 2003 yılında Oklahoma, Glenpool’da bir depolama tankı patlaması, Des Moines’de bir portatif tank dolum işlemi bir tank çiftliği patlaması.
Bir sıvının elektrostatik yükü koruma yeteneği, onun elektriksel iletkenliğine bağlıdır. İletkenliği az olan sıvılar botu hatlarından geçtiği zaman ya da mekanik biçimde çalkalandığı zaman, akış elektrifikasyonu denilen temas kaynaklım bir yük ayrımı gerçekleşir. Elektriksel iletkenliği düşük sıvılar ( metre başına 50 pocosiemens’in altında) akümülatörler olarak isimlendirilmektedir. Elektriksel iletkenliği 50 pS/m değerinin üzerinde olan sıvılar ise non-akümülatör olarak adlandırılır. Non-akümülatörlerde, yükler ayrı oldukları durumdaki kadar hızlı bir şekilde yeniden birleşirler. Sonuç olarak, elektrostatik yük birikmesi çok önemli değildir. Petrokimya endüstrisinde, bir sıvıdan yük ayırmak için gereken minimum elektrik iletkenliği değeri 50 pS/m’dir.
Kerosenler metre başına az 1 picosiemens ila 20 pS/m arasında değişen bir iletkenliğe sahip olabilir. Karşılaşma yapmak için, deiyonize suyun iletkenliği 10,000,000 pS/m ya da 10 µS/m’dir. Transformatör yağı, büyük güç transformatörlerinin elektrik yalıtım sisteminin ve diğer elektrikli cihazların bir parçasıdır. Büyük cihazların yeniden doldurulmasında, transformatör yalıtımına zarar verebilen sıvıların elektrostatik yüklemesine karşı önem alınması gereklidir.
Statik gevşeme zamanı, sıvıların yalıtımı için önemli bir kavramdır. Bu kavram, bir RC devresi içerisindeki sabit olan τ (tau)’ye benzer. Maddelerin yalıtımı için, bu değer, statik dielektrik sabitinin, maddenin elektriksel iletkenliğine oranına eşittir. Hidrokarbon sıvılar için, bu oran yaklaşık olarak 18 sayısının, sıvının elektriksel iletkenliğine oranıdır. Sonuç olarak, elektriksel iletkenliği 1pS/m olan bir sıvının, gevşeme süresi yaklaşık olarak 18 saniye olarak tahmin edilmektedir. Bir sıvıdaki aşırı yükün tamamen dağılması, gevşeme süresinin 4-5 katını ya da üstteki örneğe göre 90 saniye alır. Yüksek sıvı hızlarında ve 8 inch (200 mm)’den ve daha büyük çaplı borularda, yük üretimi artmaktadır. Bu sistemlerde statik yük üretimi, en iyi şekilde, sıvı hızının sınırlandırılması ile kontrol edilir. İngiltere standardı BS PD CLC/TR 50404:2003 (eski BS PD CLC/TR 50404:2003), borudaki sıvı akış hızına nizam koymuştur. Su içeren hidrokarbon sıvılar için önerilen hız saniyede 1 metre ile sınırlı olmalıdır. Çünkü suyun içeriğinin, sıvıların dielektrik sabiti üzerinde büyük bir etkisi vardır.
Topraklama ve yapıştırma, yük birikmesini engellemenin klasik yollarıdır. Elektriksel iletkenliği 10 pS/m’nin altında olan sıvılarda, yapıştırma ve topraklama, yük dağıtımı için yeterli değildir ve, antistatik katkı maddeleri gerekli olabilir.

Akaryakıt Operasyonları

Bir boru içerisinde akan benzin gibi yanıcı sıvıların hareketi statik elektrik birikmesine neden olabilir. Örnek olarak, yük hızlı akımda,  benzin, tolüen, ksilen, mazot, kerosen ve hafif ham yağlar gibi polar olmayan sıvılar yük biriktirme ve yük tutma yeteneklerini sergilerler. Elektrostatik deşarj, yakıt buharını tutuşturabilmektedir. Elektrostatik enerjisi yeteri kadar yüksek olduğu zaman yakıt buharını ve hava karışımını tutuşturabilir. Farklı yakıtların, farklı yanıcılık sınırı vardır, ve tutuşabilmeleri için farklı seviyelerde elektrostatik deşarja ihtiyaç duyarlar. Gaz istasyonlarında, benzin yakıtı alınırken elektrostatik deşarj mevcut bir tehlikedir. Gaz yağı ile, hava alanlarında yakıt ikmali yapılırken de yangın çıkabilir. Yeni topraklama teknikleriyle, iletken madde kullanımı, ve anti-statik katkı maddelerinin eklenmesi, statik elektrik birikimini güvenli bir biçimde dağıtmayı ya da engellemeyi sağlamaktadır.
Borularda akan gazların hareketi, tek başına küçük miktarda statik elektrik oluşturur. Sadece, katı parçacıklar ya da sıvı damlacıklar gaz akımı içerisinde taşındığı zaman, yük üretim mekanizması öngörülmektedir.

Uzay Keşfinde Statik Deşarj

Dünya dışı ortamlardaki aşırı düşük nem nedeni ile, çok büyük miktarda statik yük birikebilir. Bu statik yük birikimi, kompleks elektroniğe sahip, uzay araştırmalarında kullanılan cihazlar için büyük bir tehlike oluşturmaktadır. Statik elektriğin, Ay ve Mars’ta planları olan astronotlar için özel bir tehlike oluşturduğu düşünülmektedir. Son derece kuru bir zemin üzerinde yürümeleri, büyük miktarda yük birikimine neden olabilir. Dönüşlerde, hava kilidini açmaya uzanmaları, büyük bir statik deşarja neden olabilir, ve bu muhtemelen hassas elektronik cihazlara zarar verir.

Ozon Çatlaması

Hava veya oksijen varlığında, bir statik deşarj, ozonu oluşturabilir. Ozon kauçuk parçaların aşınmasına neden olabilir. Birçok elastomer, ozon çatlamasına karşı oldukça duyarlıdır.  Ozona maruz kalma, conta ve O-halkaları gibi kritik bileşenlerde derin çatlakların oluşmasına neden olur. Eğer önleyici önlemler alınmazsa, yakıt hatları da bu durumdan dolayı zarar görebilir. Kauçuk karışımına antiozonant ilavesi yapılması, ya da ozon dirençli kauçuk kullanılması önlem olabilir. Özellikle, araçların elektriksel ekipmanlar tarafından ozon üretimi yapılan motor kısımlarında, kırık yakıt hatları yangına neden olabilmektedir.

Statik elektriğin uygulamaları

Statik elektrik, genel olarak, fotokopya çıkartma tekniğinde,  hava filtrelerinde(özellikle elektrostatik çöktürücülerde), otomotiv boyaları, fotokopilerde, boya spreylerinde, tiyatrolarda, ameliyathanelerde,  toz testinde, yazıcılarda, statik yapıştırmada ve uçak yakıt ikmalinde kullanılır.