ไฟฟ้าสถิต

Question: ไฟฟ้าสถิตมีในก้อนเมฆหรือไม่ ?





ไฟฟ้าสถิต (English: Static electricity) คือความไม่สมดุลของประจุไฟฟ้าภายในหรือบนพื้นผิวของวัสดุหนึ่ง ประจุยังคงอยู่กับที่จนกระทั่งมันสามารถจะเคลื่อนที่โดยอาศัยการไหลของอิเล็กตรอน (กระแสไฟฟ้า) หรือมีการปลดปล่อยประจุ (English: electrical discharge) ไฟฟ้าสถิตมีชื่อที่ขัดกับไฟฟ้ากระแสที่ไหลผ่านเส้นลวดหรือตัวนำอื่นและนำส่งพลังงาน[1]
ประจุไฟฟ้าสถิตสามารถสร้างขึ้นได้เมื่อไรก็ตามที่สองพื้นผิวสัมผัสกันและแยกจากกัน และอย่างน้อยหนึ่งในพื้นผิวนั้นมีความต้านทานสูงต่อกระแสไฟฟ้า (และดังนั้นมันจึงเป็นฉนวนไฟฟ้า) ผลกระทบทั้งหลายจากไฟฟ้าสถิตจะคุ้นเคยกับคนส่วนใหญ่เพราะผู้คนสามารถรู้สึก, ได้ยิน, และแม้แต่ได้เห็นประกายไฟเมื่อประจุส่วนเกินจะถูกทำให้เป็นกลางเมื่อถูกนำเข้ามาใกล้กับตัวนำไฟฟ้าขนาดใหญ่ (เช่นเส้นทางที่ไปลงดิน) หรือภูมิภาคที่มีประจุส่วนเกินที่มีขั้วตรงข้าม (บวกหรือลบ) ปรากฏการณ์ที่คุ้นเคยของช็อกจากไฟฟ้าสถิต หรือที่เจาะจงมากขึ้นคือการปลดปล่อยไฟฟ้าสถิต (English: electrostatic discharge) จะเกิดจากการเป็นกลางของประจุ
ประจุไฟฟ้าเป็นปริมาณทางไฟฟ้าปริมาณหนึ่งที่กำหนดขึ้นธรรมชาติ ของสสารจะประกอบด้วยหน่วยย่อยๆ  ที่มีลักษณะและ มีสมบัติเหมือนกันที่เรียกว่า อะตอม(atom)ภายในอะตอม จะประกอบด้วยอนุภาคมูลฐาน3ชนิดได้แก่  โปรตอน (proton)  นิวตรอน (neutron) และ อิเล็กตรอน (electron)โดยที่โปรตอนมีประจุไฟฟ้าบวกกับนิวตรอนที่เป็นกลางทางไฟฟ้ารวมกันอยู่เป็นแกนกลางเรียกว่านิวเคลียส (nucleus) ส่วนอิเล็กตรอน มี ประจุ ไฟฟ้าลบ จะอยู่รอบๆนิวเคลียส
สาเหตุของการเกิดไฟฟ้าสถิต
วัสดุทั้งหลายประกอบขึ้นจากอะตอมที่ปกติแล้วจะเป็นกลางทางไฟฟ้าเพราะพวกมันมีจำนวนของประจุบวก (โปรตอนในนิวเคลียส) และจำนวนของประจุลบ (อิเล็กตรอนใน "วงรอบนิวเคลียส") เท่ากัน ปรากฏการณ์ของไฟฟ้าสถิตจะเกิดขึ้นได้เมื่อมีการแยกประจุบวกและลบออกจากกัน เมื่อวัตถุสองชนิดเสียดสี หรือ สัมผัสกัน อิเล็กตรอนอาจย้ายจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง ทำให้วัตถุหนึ่งมีประจุบวกเกิน และอีกวัตถุหนึ่งมีประจุลบเกินในจำนวนที่เท่ากัน เมื่อแยกวัตถุทั้งสองออกจากกัน จึงเกิดการไม่สมดุลของประจุขึ้นในวัตถุแต่ละตัว  วัตถุที่มีประจุลบเกิน ก็ถือว่าเกิดไฟฟ้าสถิตประจุลบ วัตถุที่ประจุบวกเกิน ก็เรียกว่าเกิดไฟฟ้าสถิตประจุบวก
การแยกประจุที่เหนี่ยวนำจากการสัมผัส

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

ความเครียดเชิงกลที่จ่ายให้จะทำให้เกิดการแยกประจุในบางประเภทของผลึกและโมเลกุลเซรามิกส์
การแยกประจุที่เหนี่ยวนำจากความร้อน

ความร้อนจะทำให้เกิดการแยกประจุในอะตอมหรือโมเลกุลของวัสดุบางอย่าง วัสดุไพโรอิเล็กตริกทั้งหมดยังเป็นไพโซอิเล็กตริกอีกด้วย คุณสมบัติของอะตอมหรือโมเลกุลของการตอบสนองต่อความร้อนและความดันจะสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด
การแยกประจุที่เหนี่ยวนำจากประจุ

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

การกำจัดหรือการป้องกันการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิตอาจทำได้ง่ายๆแค่เปิดหน้าต่างหรือใช้เครื่องทำความชื้น (English: humidifier) เพื่อเพิ่มความชิ้นของอากาศ ทำให้อากาศเป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามากขึ้น เครื่องสร้างไอออนจากอากาศ (English: air ionizer) ก็สามารถทำงานได้เหมือนกัน[2]
อุปกรณ์ที่ไวเฉพาะต่อการปลดปล่อยประจุไฟฟ้า(โดยรวดเร็ว)อาจจะได้รับแก้ไขด้วยการใช้ตัวแทนต้านไฟฟ้าสถิตย์ซึ่งจะเพิ่มชั้นพิ้นผิวการนำไฟฟ้าเพื่อให้ประจุส่วนเกินมีการกระจายออกไปทั่วผิวหน้า น้ำยาปรับผ้านุ่มและแผ่นเป่าแห้งที่ใช้ในเครื่องซักผ้าและเครื่องอบผ้าเป็นตัวอย่างหนึ่งของตัวแทนต้านไฟฟ้าสถิตที่ใช้ในการป้องกันและกำจัดการยึดติดของประจุ[3]
อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำจำนวนมากที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มีความไวเฉพาะต่อการปลดปล่อยประจุไฟฟ้า ถุงต้านไฟฟ้าสถิตมักใช้ห่ออุปกรณ์เพื่อปกป้องอุปกรณ์ดังกล่าว คนที่ทำงานกับวงจรที่มีอุปกรณ์เหล่านี้มักจะลงดินตัวเขาเองด้วยสายรัดข้อมือต้านไฟฟ้าสถิต[4][5]
ในโรงงานอุตสาหกรรมเช่นโรงงานสีหรือแป้งหรือในโรงพยาบาล, รองเท้าปลอดภัยต้านไฟฟ้าสถิตบางครั้งถูกนำมาใช้เพื่อป้องกันการสะสมของประจุไฟฟ้าเนื่องจากมันจะสัมผัสกับพื้น รองเท้าเหล่านี้มีพื้นรองเท้าที่มีการนำไฟฟ้าที่ดี รองเท้าต้านไฟฟ้าสถิตไม่ควรจะสับสนกับรองเท้าฉนวนซึ่งจะให้ผลตรงกันข้าม เพราะรองเท้าฉนวนใช้ป้องกันไฟฟ้าช็อกอย่างรุนแรงจากไฟฟ้าสายเมน[6]

การปลดปล่อยไฟฟ้าสถิต

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


ฟ้าผ่าเป็นตัวอย่างที่เกิดตามธรรมชาติที่ดราม่าอย่างหนึ่งของการปลดปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตย์ ในขณะที่รายละเอียดยังไม่ชัดเจนและยังคงเป็นเรื่องหนึ่งของการอภิปราย มีการคิดกันว่าการแยกประจุในช่วงเริ่มต้นถูกน่าจะเชื่อมโยงกับการสัมผัสกันระหว่างอนุภาคน้ำแข็งด้วยกันภายในเมฆพายุ โดยทั่วไปการสะสมประจุอย่างมีนัยสำคัญจะสามารถคงอยู่ในภูมิภาคของการนำไฟฟ้าที่ต่ำเท่านั้น (มีประจุอิสระน้อยมากที่เคลื่อนที่อยู่รอบ ๆ) ด้วยเหตุนี้การไหลของประจุที่เป็นกลางมักจะเป็นผลมาจากอะตอมและโมเลกุลที่เป็นกลางในอากาศที่ถูกฉีกออกเพื่อแยกประจุบวกและประจุลบออกจากกัน ซึ่งจะเดินทางไปในทิศทางตรงข้ามเหมือนเป็นกระแสไฟฟ้าหนึ่งซึ่งจะทำให้การสะสมเดิมของประจุเป็นกลาง ประจุไฟฟ้าสถิตในอากาศโดยทั่วไปจะแตกตัวในลักษณะนี้ที่แรงดันไฟฟ้าประมาณ 10,000 โวลต์ต่อเซนติเมตร (10 กิโลโวลต์/ซม.) ขึ้นอยู่กับความชื้น[8] การปลดปล่อยประจุจะสร้างความร้อนยิ่งยวดให้กับอากาศโดยรอบมำให้เกิดเป็นแสงวาบ (หรือที่เรียกว่าฟ้าแลบ) และผลิตคลื่นช็อกเป็นเสียงฟ้าร้อง สายฟ้าผ่าเป็นเพียงเวอร์ชันรุ่นที่ถูกปรับให้มีขนาดสูงขึ้นจากประกายไฟที่เห็นได้ในเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในท้องถิ่นส่วนใหญ่ของการปล่อยปล่อยไฟฟ้าสถิต แสงวาบเกิดขึ้นเนื่องจากอากาศในช่องทางการปลดปล่อยประจุถูกทำให้มีความร้อนที่อุณหภูมิสูงซะจนมันเปล่งแสงจากความร้อน
ไฟฟ้าสถิตสะสมในวัสดุของไหลที่ไวไฟและจุดระเบิดได้
การปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตสามารถสร้างอันตรายอย่างรุนแรงในอุตสาหกรรมเที่ต้องทำงานกับสารไวไฟที่ประกายไฟฟ้าขนาดเล็กอาจจุดชนวนส่วนผสมที่ระเบิดได้[9]
การไหลของสารที่เป็นผงละเอียดหรือของเหลวการนำต่ำในท่อหรือผ่านการกวนเชิงกลสามารถสะสมไฟฟ้าสถิตย์ได้[10] การไหลของเม็ดของวัสดุเช่นทรายลงไปตามรางพลาสติกสามารถถ่ายโอนประจุได้ ซึ่งสามารถวัดได้อย่างง่ายดายโดยใช้มัลติมิเตอร์เชื่อมต่อกับฟอยล์โลหะที่ซับในรางช่วงเวลานั้น และสามารถเป็นสัดส่วนหยาบ ๆ กับการไหลของอนุภาค[11] เมฆฝุ่นของสารที่เป็นผงละเอียดสามารถไหม้ไฟหรือระเบิดได้ เมื่อมีการปบลดปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตในฝุ่นหรือเมฆไอน้ำ การระเบิดก็เกิดขึ้นได้ ท่ามกลางอุบัติการณ์ในอุตสาหกรรมหลักที่เคยเกิดขึ้นก็คือไซโลเมล็ดพืชในภาคตะวันตกเฉียงใต้ของฝรั่งเศส, โรงงานสีในประเทศไทย, โรงงานทำแม่พิมพ์ไฟเบอร์กลาสในแคนาดา, การระเบิดถังเก็บในเมืองเกลนพูลรัฐโอคลาโฮมาในปี 2003 และการดำเนินงานถังบรรจุแบบเคลื่อนที่และคลังน้ำมันในเมือง Des Moines ร้ฐไอโอวา และเมืองแวลลีย์เซนเตอร์รัฐแคนซัสในปี 2007[12][13][14]
ความสามารถของของเหลวที่จะเก็บประจุไฟฟ้าจะขึ้นอยู่กับการนำไฟฟ้าของมัน เมื่อของเหลวการนำต่ำไหลผ่านท่อหรือถูกเขย่าด้วยเครื่องกล การแยกประจุที่เหนี่ยวนำโดยการสัมผัสที่เรียกว่า ไฟฟ้าจากการไหล (English: flow electrification) จะเกิดขึ้น[15] ของเหลวที่มีการนำไฟฟ้าต่ำ (ต่ำกว่า 50 picosiemens ต่อเมตร) จะถูกเรียกว่าตัวสะสม ของเหลวที่มีการนำสูงกว่า 50 pS/m จะเรียกว่าตัวไม่สะสม ในตัวไม่สะสม ประจุจะฟื้นคืนสภาพได้เร็วที่สุดเท่าที่พวกมันจะแยกออกจากกัน ดังนั้นการสะสมประจุไฟฟ้าจึงไม่ได้มีนัยสำคัญ ในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี 50 pS/m คือค่าต่ำสุดการนำไฟฟ้าที่แนะนำสำหรับการกำจัดที่เพียงพอของประจุจากของเหลว
น้ำมันก๊าด (English: Kerosine) อาจมีการนำไฟฟ้าตั้งแต่น้อยกว่า 1 pS/m จนถึง 20 pS/m เมื่อเปรียบเทียบกัน น้ำที่ถอดไอออนออกแล้วจะมีการนำประมาณ 10,000,000 pS/m หรือ 10 µS/m[16]
น้ำมันหม้อแปลงเป็นส่วนหนึ่งของระบบฉนวนไฟฟ้าของหม้อแปลงไฟฟ้​​าขนาดใหญ่และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ การเติมมันลงไปใหม่ให้กับอุปกรณ์ขนาดใหญ่ต้องป้องกันการเติมประจุไฟฟ้าสถิตของของเหลวซึ่งอาจเกิดความเสียหายต่อฉนวนของหม้อแปลงที่มีความไว
การเติมเชื้อเพลิง
การไหลของของเหลวไวไฟเช่นน้ำมันเบนซินภายในท่อสามารถสร้างและสะสมไฟฟ้าสถิต ของเหลวไม่มีขั้วเช่นเบนซิน, โทลูอีน, ไซลีน, ดีเซล, น้ำมันก๊าดและน้ำมันดิบชนิดเบาแสดงความสามารถที่สำคัญสำหรับการสะสมประจุและการเก็บรักษาประจุในระหว่างการไหลด้วยความเร็วสูง การปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตสามารถจุดประกายไอน้ำมันเชื้อเพลิง[17] เมื่อพลังงานการปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตสูงพอ มันจะสามารถจุดประกายไอน้ำมันเชื้อเพลิงกับส่วนผสมอากาศ เชื้อเพลิงที่แตกต่างกันจะมีขีดจำกัดไวไฟแตกต่างกันและต้องมีพลังงานปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตที่จะจุดชนวนในที่ระดับที่แตกต่างกันด้วย
การปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตในขณะเติมพลังงานด้วยน้ำมันเบนซินเป็นอันตรายที่เกิดขึ้นที่สถานีบริการน้ำมัน.[18] ไฟยังสามารถเกิดขึ้นที่สนามบินในขณะเติมน้ำมันอากาศยานด้วยน้ำมันก๊าด เทคโนโลยีการลงดินใหม่ ๆ เช่นการใช้วัสดุที่เป็นตัวนำบวกกับสารป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ช่วยในการป้องกันหรือช่วยกระจายการสะสมของไฟฟ้​​านิ่งได้อย่างปลอดภัย
การไหลของก๊าซเพียงอย่างเดียวในท่อสามารถสร้างไฟฟ้าสถิตขึ้นได้[19] มันมีการจินตนาการว่ากลไกการสร้างประจุจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่ออนุภาคของแข็งหรือหยดของเหลวจะถูกนำพาอยู่ในกระแสก๊าซเท่านั้น
การปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตในการสำรวจอวกาศ
เนื่องจากความชื้นที่ต่ำอย่างรุนแรงในสภาพแวดล้อมต่างดาว ประจุไฟฟ้าสถิตขนาดใหญ่มากสามารถสะสมขึ้นได้ ก่อให้เกิดอันตรายอย่างใหญ่หลวงกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนที่ใช้ในยานพาหนะการสำรวจอวกาศ ไฟฟ้าสถิตถูกคิดว่าจะเป็นอันตรายโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับนักบินอวกาศในภารกิจการวางแผนไปยังดวงจันทร์และดาวอังคาร การเดินข้ามภูมิประเทศที่แห้งอย่างสุดขั้วอาจทำให้พวกเขาสะสมประจุเป็นจำนวนมหาศาล การเอื้อมมือออกไปเปิดกลอนอากาศในขณะเดินทางการกลับของพวกเขาอาจก่อให้เกิดการปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตขนาดใหญ่ที่อาจทำลายอุปกณ์รอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความสำคัญ[20]
การแตกร้าวจากโอโซน

การปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตในบริเวณที่มีการปรากฏตัวของอากาศหรือออกซิเจนสามารถสร้างโอโซนขึ้นได้ โอโซนสามารถลดคุณภาพชิ้นส่วนที่เป็นยาง สารที่มีคุณสมบัติยืดหยุ่นแบบยางธรรมชาติ (English: elastomer) จำนวนมากมีความไวต่อการแตกร้าวจากโอโซน การเปิดรับต่อโอโซนจะสร้างรอยแตกทะลุลึกลงไปในองค์ประกอบที่สำคัญเช่นปะเก็นและโอริง นอกจากนี้ท่อส่งน้ำมันเชื้อเพลิงยังมีความเสี่ยงที่จะเกิดปัญหาเว้นแต่จะมีมาตรการป้องกันที่รวมถึงการใส่สารต้านโอโซนลงในส่วนผสมยาง หรือใช้ยางที่ทนต่อโอโซน ไฟไหม้จากท่อน้ำมันเชื้อเพลิงที่มีรอยแตกได้สร้างปัญหากับยานพาหนะมานาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนของเครื่องยนต์ที่โอโซนสามารถถูกผลิตขึ้นโดยอุปกรณ์ไฟฟ้า
พลังงานที่เกี่ยวข้อง
พลังงานที่ปล่อยออกจากการปลดปล่อยไฟฟ้าสถิตย์อาจแตกต่างกันไปอย่างกว้างขวาง พลังงาน E มีค่าเป็นจูลส์สามารถคำนวณได้จากค่าคาปาซิแตนซ์ (C) ของวัตถุและศักย์ไฟฟ้าสถิต V มีค่าเป็นโวลต์ (V) โดยใช้สูตร E= ½<i data-parsoid='{"dsr":[17825,17831,2,2]}'>CV2.[21] ผู้ทดลองประมาณความจุของร่างกายมนุษย์สูงที่สุดได้ถึง 400 picofarads และด้วยความดันปลดปล่อยประจุที่ 50,000 โวลต์ เช่นในระหว่างการสัมผัสกับรถยนต์ที่มีประจุ จะสร้างประกายไฟด้วยพลังงาน 500 millijoules[22] การประมาณการอีกประการหนึ่งคือ 100-300 pF และ 20,000 โวลต์, สามารถผลิตพลังงานสูงสุดที่ 60 มิลลิจูล[23] IEC 479-2:1987 ระบุว่าการปลดปล่อยประจุไฟฟ้าสถิตที่มีพลังงานสูงกว่า 5000 mJ เป็นความเสี่ยงร้ายแรงโดยตรงต่อสุขภาพของมนุษย์ IEC 60065 ระบุว่าสินค้าอุปโภคบริโภคไม่สามารถปลดปล่อยมากกว่า 350 mJ เข้าสู่คน
ศักย์ไฟฟ้าสูงสุดจะถูกจำกัดไว้ที่ประมาณ 35-40 กิโลโวลต์เนื่องจากการปลดปล่อยโคโรนา (English: corona discharge) (การปล่อยประจุเป็นแสงเรือง) ที่กระจายประจุที่ศักย์ไฟฟ้าสูง ศักย์ไฟฟ้าที่ต่ำกว่า 3000 โวลต์มักจะไม่สามารถตรวจพบได้โดยมนุษย์ ศักย์ไฟฟ้าสูงสุดที่มักจะพบได้บนร่างกายมนุษย์จะมีช่วงระหว่าง 1 kV จนถึง 10 kV แม้ว่าในสภาวะที่เหมาะสมค่าสูงที่สุดจะอยู่ที่ 20-25 กิโลโวลต์ ความชื้นสัมพัทธ์ต่ำจะช่วเพิ่มประจุสะสม; การเดิน 20 ฟุต (6.1 เมตร) บนพื้นไวนิลที่ความชื้นสัมพัทธ์ 15% จะทำให้เกิดการสะสมของแรงดันไฟฟ้าได้ถึง 12 กิโลโวลต์ในขณะที่ความชื้น 80% แรงดันไฟฟ้าจะมีเพียง 1.5 kV เท่านั้น[24]
พลังงานประกายไฟเพียง 0.2 millijoules อาจสร้างอันตรายจากการเผาไหม้; พลังงานที่ต่ำดังกล่าวมักจะต่ำกว่าเกณฑ์ของการรับรู้ทางสายตาและหูของมนุษย์
พลังงานการจุดประกายโดยทั่วไปคือ:
0.017 mJ สำหรับไฮโดรเจน
0.2-2 mJ สำหรับไอระเหยสารไฮโดรคาร์บอน
1-50 mJ ฝุ่นละเอียดที่ติดไฟได้ดี
40-1000 mJ ฝุ่นหยาบไวไฟ
พลังงานที่จำเป็นให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ (ต้องการอ้างอิง) อยู่ระหว่าง 2 ถึง 1000 นาโนจูลส์[25]
พลังงานที่ค่อนข้างเล็ก มักจะเพียง 0.2-2 มิลลิจูลส์ เป็นสิ่งจำเป็นที่จะจุดชนวนส่วนผสมไวไฟของน้ำมันเชื้อเพลิงและอากาศ สำหรับก๊าซและตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอนอุตสาหกรรมทั่วไป พลังงานจุดระเบิดขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับจุดระเบิดสารผสมไอระเหยกับอากาศจะต่ำสุดสำหรับความเข้มข้นของไอระเหยที่อยู่ตรงกลางโดยประมาณระหว่างขีดจำกัดการระเบิดตัวล่างและขีดจำกัดการระเบิดตัวบน และเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อความเข้มข้นเบี่ยงเบนไปจากจุดเหมาะสมนี้ไปด้านใดด้านหนึ่ง ละอองของของเหลวไวไฟอาจถูกจุดระเบิดที่จุดต่ำกว่าจุดวาบไฟ (English: flash point) ของพวกมัน โดยทั่วไปละอองของเหลวที่มีอนุภาคขนาดต่ำกว่า 10 ไมโครเมตรจะทำตัวเหมือนไอระเหย อนุภาคขนาดสูงกว่า 40 ไมโครเมตรจะทำตัวเหมือนฝุ่นที่ติดไฟมากกว่า ปกติความเข้มข้นไวไฟต่ำสุดของละอองจะอยู่ระหว่าง 15 ถึง 50 g/m3 ในทำนองเดียวกันการปรากฏตัวของโฟมบนพื้นผิวของของเหลวไวไฟเพิ่มความสามารถจุดระเบิดอย่างมีนัยสำคัญ สเปรย์ฝุ่นไวไฟสามารถจุดระเบิดได้เช่นกัน ส่งผลให้เกิดการระเบิดฝุ่น (English: dust explosion) ขีดจำกัดการระเบิดตัวล่างมักจะอยู่ระหว่าง 50 ถึง 1000 g/m3; ฝุ่นที่ละเอียดกว่ามีแนวโน้มที่จะเกิดระเบิดได้มากกว่าและใช้พลังงานจุดประกายน้อยกว่าเพื่อระเบิดออกไป การปรากฏตัวพร้อมกันของไอระเหยไวไฟและฝุ่นที่ติดไฟได้สามารถลดพลังงานจุดระเบิดได้อย่างมีนัยสำคัญ; เพียง 1 ปริมาตร.% ของโพรเพนในอากาศสามารถลดพลังงานจุดระเบิดของฝุ่นละอองที่จำเป็นได้เป็น 100 เท่า ปริมาณออกซิเจนในชั้นบรรยากาศที่สูงกว่าปกติก็ช่วยลดพลังงานการจุดระเบิดได้อย่างมีนัยสำคัญเช่นกัน[26]
มีห้าประเภทของการปลดปล่อยไฟฟ้า:
ประกายไฟฟ้า ที่รับผิดชอบกับส่วนใหญ่ของการเกิดเพลิงไหม้และการระเบิดในโรงงานอุตสาหกรรมในสถานที่ที่ไฟฟ้าสถิตมีส่วนเกี่ยวข้อง ประกายไฟฟ้าจะเกิดขึ้นระหว่างวัตถุต่อวัตถุที่มีศักย์ไฟฟ้าแตกต่างกัน การลงดินที่ดีของทุกส่วนของอุปกรณ์และการป้องกันการสะสมประจุบนอุปกรณ์และบุคลากรจะถูกใช้เป็นมาตรการป้องกัน
Brush discharge เกิดขึ้นจากพื้นผิวที่ไม่นำไฟฟ้าแต่มีประจุหรือของเหลวที่ไ​​ม่นำไฟฟ้าแต่มีประจุสูง พลังงานจะถูกจำกัดไว้ที่ประมาณ 4 มิลลิจูลส์ ที่จะเป็นอันตรายแรงดันไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องจะต้องสูงกว่าที่ประมาณ 20 กิโลวัตต์ ขั้วพื้นผิวจะต้องเป็นลบ บรรยากาศไวไฟจะต้องปรากฏที่จุดของการปลดปล่อยประจุ และพลังงานการปล่อยจะต้องมีเพียงพอที่จะจุดระเบิด ต่อไป เนื่องจากพื้นผิวที่มีความหนาแน่นของประจุสูงสุด พื้นที่อย่างน้อย 100 ซม2 จะต้องเข้ามาเกี่ยวข้อง นี้ไม่ได้รับการพิจารณาว่าเป็นอันตรายสำหรับเมฆฝุ่น
Propagating brush discharge มีพลังงานสูงและเป็นอันตราย เกิดขึ้นเมื่อผิวฉนวนหนาได้ถึง 8 มิลลิเมตร (เช่นเทฟลอนหรือแก้วเยื่อบุของท่อโลหะสายดินหรือเครื่องปฏิกรณ์) ม๊โอกาสที่ประจุขนาดใหญ่จะสะสมระหว่างพื้นผิวตรงข้ามกัน ทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุที่มีพื้นที่ขนาดใหญ่
Cone discharge หรือเรียกว่า bulking brush discharge จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของผงที่มีประจุและมีความต้านทานสูงกว่า 1010 โอห์ม หรือลึกผ่านมวลผงอีกด้วย Cone discharge มักจะไม่สามารถสังเกตเห็นได้ในปริมาณฝุ่นละอองต่ำกว่า 1 m3 พลังงานที่เกี่ยวข้องจะขึ้นอยู่กับขนาดของเม็ดผงและขนาดของประจุ และสามารถสูงได้ถึง 20 mJ ปริมาณฝุ่นละอองที่มีขนาดใหญ่กว่าก็ผลิตพลังงานที่สูงกว่า
Corona discharge ไม่ถือว่าเป็นอันตราย
การนำไปใช้ประโยชน์
ใช้ในเครื่องถ่ายเอกสาร มีหลักการทำงานที่สำคัญคือ แผ่นฟิล์มที่ฉาบด้วยวัสดุตัวนำ ที่มีคุณสมบัติเป็นตัวนำเมื่อถูกแสงและเป็นฉนวนเมื่อไม่ได้ถูกแสง เมื่อเครื่องเริ่มทำงาน แผ่นฟิล์มจะถูกทำให้มีประจุไฟฟ้าบวกทั่วทั้งแผ่น และจะสอ่งแสงไปยังสิ่งพิมพ์ผ่านเลนส์ไปกระทบกับแผ่นฟิล์ม ส่วนที่เป็นสีขาวบนสิ่งพิมพ์แสงจะทะลุผ่านออกมากระทบแผ่นฟิล์ม ทำให้บริเวณที่ถูกแสงเป็นตัวนำ เป็นผลให้บริเวณนั้นมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า ส่วนตัวอักษรหรือภาพลายเส้นที่เป็นสีดำจะดูดกลืนแสงจึงไม่ให้แสงผ่านออกมากระทบแผ่นฟิล์มทำให้บริเวณที่ไม่ถูกแสงบนแผ่นฟิล์มคงยังมีประจุไฟฟ้าบวกอยู่    เมื่อพ่นผงหมึกที่มีประจุไฟฟ้าลบไปที่แผ่นฟิล์ม ผงหมึกจะไปเกาะเฉพาะบริเวณที่มีประจุบวกเท่านั้น  ส่วนบริเวณอื่นที่ไม่มีประจุไฟฟ้าก็จะไม่มีผงหมึกเกาะ ทำให้เห็นเป็นภาพของต้นฉบับบนแผ่นฟิล์ม และเมื่อกดแผ่นกระดาษประจุบวกลงบนแผ่นฟิล์มที่มีผงหมึกก็จะได้ภาพสำเนาปรากฏบนแผ่นกระดาษ   นำกระดาษนี้ไปอบความร้อนเพื่อให้ผงหมึกติดแน่นก็จะได้ภาพสำเนาบนแผ่นกระดาษที่ชัดเจนและถาวร
ใช้ในการพ่นสี   เครื่องพ่นสีใช้สำหรับพ่นผงหรือละอองสี เพื่อให้สีเกาะติดชิ้นงานได้ดีกว่าการพ่นแบบธรรมดา ใช้หลักการทำผงหรือละอองสีกลายเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าขณะผงถูกพ่นออกจากเครื่องพ่น มีผลให้ผงหรือละอองสีที่มีประจุไฟฟ้านั้นมแรงดึงดูดกับผิวชิ้นงานและจะเกาะติดชิ้นงานนั้นได้ดี
ใช้ในเครื่องพิมพ์ Inkjet
ใช้กับไมโครโฟรแบบตัวเก็บประจุ หลักการของไมโครโฟนแบบตัวเก็บประจุคือ ประกอบด้วยแผ่นโลหะ 2 แผ่นที่ขนานกัน แผ่นหนึ่งทำหน้าที่เป็นไดอะแฟรมรับคลื่นเสียง ส่วนแผ่นที่สองยึดติดกับฐาน โดยแผ่นที่รับคลื่นเสียงจะบางมากเมื่อมีคลื่นเสียงมากระทบ มันจะสั่นตามความถี่และกำลังของคลื่น ผลจากการสั่นของแผ่นบางนี้ จะทำให้ความจุไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง เมื่อต่อไมโครโฟนแบบตัวเก็บประจุนี้อนุกรมกับตัวต้านทานความต่างศักย์คร่อมไมโครโฟนแบบตัวเก็บประจุจะเปลี่ยนแปลงตามความถี่ของคลื่นเสียง เป็นผลให้เกิดสัญญาณไฟฟ้า
ไมโครโฟนแบบตัวเก็บประจุนี้เราสามารถนำไปใช้กับการร้องเพลง การพูด จะได้เสียงที่ชัดเจน และเป็นไมโครโฟนที่นิยมใช้
ทางด้านการแพทย์
         ชุดประดิษฐ์เส้นใยนาโน
ผลงาน<b data-parsoid='{"dsr":[25335,25352,3,3]}'>รางวัลชมเชย ประจำปี 2549 ของสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ 
ผลงานประดิษฐ์ " ระบบอิเล็กโตรสปินนิ่งควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ สำหรับประดิษฐ์เส้นใยนาโน ” ( Computer-controlled Electrospinning System for Nanofibres Fabrication ) จากทีมวิจัย ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่นได้รับรางวัลชมเชยผลงานประดิษฐ์คิดค้น สาขาด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและอุตสาหกรรม ( สาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์) ประจำปี 2549 ของสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ ( วช.)
ในปัจจุบัน เส้นใยนาโน (nanofibres) ซึ่งจัดเป็นหนึ่งในวัสดุนาโนที่สำคัญ เป็นเส้นใยสังเคราะห์ที่กำลังได้รับความสนใจอย่างมาก เนื่องจากเส้นใยมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางในระดับนาโนเมตร ซึ่งมีข้อดี คือ มีอัตราส่วนระหว่างพื้นผิวต่อปริมาตร (surface-to-volume ratio) สูงมากกว่า 1,000 เท่า เมื่อเทียบกับเส้นใยในระดับไมโครเมตร (microfibres) และมีขนาดของรูพรุน (pore) ที่เล็ก ส่งผลทำให้มีสมบัติต่าง ๆ เช่น สมบัติเชิงกล สมบัติทางไฟฟ้า หรือสมบัติอื่น ๆ ที่ดีมาก เหมาะสำหรับงานเฉพาะด้าน   ซึ่งต้องการความได้เปรียบของขนาดที่จิ๋วแต่แจ๋ว ไปใช้ เช่น การประยุกต์ใช้งานของเส้นใยนาโนพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ ไม่เป็นพิษ และมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพ สำหรับงานทางด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูก ( bone tissue engineering ) ผ้าปิดแผล (wound dressing) ระบบส่งยา (drug delivery system) ระบบการกรองอย่างละเอียด (ultrafiltration) เป็นต้น  สำหรับเทคนิคที่นำมาใช้ในการเตรียมเส้นใยนาโนมีหลายวิธี ซึ่งแต่ละวิธีการมีข้อดี ข้อเสีย ที่แตกต่างกันไป ซึ่ง เทคนิคอิเล็กโตรสปินนิ่ง (electrospinning) หรือ การปั่นเส้นใยด้วยไฟฟ้าสถิต เป็นทางเลือกใหม่ที่ได้ถูกนำมาใช้เตรียมเส้นใยนาโนของวัสดุพอลิเมอร์ และสารอนินทรีย์ออกไซด์หลากหลายชนิด
มาตรฐานบังคับใช้
1.BS PD CLC/TR 50404:2003 รหัสของการปฏิบัติในการควบคุมไฟฟ้านิ่งที่ไม่พึงประสงค์
2.NFPA 77 (2007) ข้อควรปฏิบัติแนะนำเกี่ยวกับไฟฟ้าสถิต
3.API RP 2003 (1998) การป้องกันการจุดระเบิดที่เกิดจากกระแสนิ่ง ฟ้าผ่าแ​​ละจรจัด
การป้องกันการเกิดไฟฟ้าสถิต
ไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นเพราะมีการสะสมของอะตอมหรือประจุไฟฟ้าในในร่างกาย รวมทั้งยังไปถึงสภาพอากาศที่แห้งอีกด้วย ที่เป็นสาเหตุทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตได้อย่างง่ายดาย ดังนั้น จึงมีวิธีการป้องกันการเกิดไฟฟ้าสถิตนั่นก็คือ
-ควรดื่มน้ำให้มากๆ ทาโลชั่นบำรุงผิว เพื่อไม่ให้ร่างกายหรือผิวพรรณนั้นแห้งกร้านที่เป็นตัวทำให้เกิดไฟฟ้าสถิต
-หลีกเลี่ยงเสื้อผ้าที่เป็นขนสัตว์ และผ้าใยสังเคราะห์
-ควรสวมใส่ถุงเท้าผ้าคอตตอน และเลือกใส่รองเท้าที่เป็นพื้นยาง
ดูเพิ่ม
ประจุไฟฟ้า
ไฟฟ้าสถิต
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าสถิต
การปลดปล่อยไฟฟ้าสถิต
ไฟฟ้าไทรโบ
เครื่องยนต์วิมเฮิร์ส
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแวนเดอแกรฟฟ์
อ้างอิง