Tĩnh điện là gì? Nguyên nhân, tác hại và các cách chống tĩnh điện

Tĩnh điện là một trong những hiện tượng đặc biệt trong cuộc sống thường ngày, hiện tượng này có thể gây ra những phiền toái và cũng có những ứng dụng đặc biệt. Vậy bạn đã biết hiện tượng tĩnh điện là gì chưa? Tác hại và ứng dụng cũng như cách chống tĩnh điện là gì? Hãy cùng tìm hiểu với Thiết bị phòng sạch VCR qua bài viết này nhé.

Tĩnh điện là gì?

Tĩnh điện là hiện tượng mất cân bằng điện tích trên bề mặt của một vật liệu. Điện tích sẽ được lưu giữ ở đó cho đến khi nó có thể truyền đi nơi khác thông qua một dòng điện hoặc sự phóng điện. Khái niệm "tĩnh" trong tĩnh điện ý nói đến sự tương phản với dòng điện, hình thức mà điện được truyền qua vật dẫn và mang theo năng lượng.

Một điện tích tĩnh điện được tạo ra khi hai bề mặt tiếp xúc với nhau rồi tách ra, và ít nhất một trong các bề mặt này có điện trở suất cao (có xu hướng cách điện hoặc cản trở dòng điện)

Những ảnh hưởng của hiện tượng này rất quen thuộc với cuộc sống thường ngày vì hầu hết mọi người đều có thể cảm thấy, nghe thấy và nhìn thấy các tia lửa điện khi một điện tích thừa bị trung hòa khi ở gần một vật dẫn lớn (ví dụ như dây nối đất)

Nguyên nhân gây ra tĩnh điện

Vật chất được cấu thành từ các nguyên tử trung hòa về điện tích vì chúng chứa số lượng bằng nhau về điện tích dương (proton trong hạt nhân) và điện tích âm (điện tử trong vỏ). Hiện tượng tĩnh điện yêu cầu sự tách rời các điện tích dương và âm này. Khi hai vật liệu tiếp xúc nhau, điện tử sẽ di chuyển từ vật này sang vật kia, gây ra sự dư thừa điện tích dương trên một vật liệu, và sự thừa điện tích âm ở bên còn lại. Khi các vật liệu được tách ra, sự mất cân bằng điện tích này vẫn được duy trì.

Những tác hại của tĩnh điện

Khi nói đến tĩnh điện chúng ta thường có những suy nghĩ rằng liệu bị tĩnh điện thì có nguy hiểm không? Người bị dính tĩnh điện thì có nguy hiểm không? Và sự thật là tĩnh điện có thể gây hại không chỉ trong sản xuất mà còn có tác hại đến sức khỏe con người.

Tác hại của tĩnh điện với con người

Các vật thể bị nhiễm tĩnh điện lớn sẽ tạo ra một điện trường cực mạnh ở môi trường xung quanh. Điện trường này có tác hại về lâu dài với sức khỏe con người, trong đó, ảnh hưởng nhiều nhất là hệ thần kinh, hệ sinh dục, hệ tuần hoàn. Ngoài ra khi làm việc, phóng tĩnh điện lớn có thể giật người vận hành, gây ra các tai nạn trong khi lao động.

Trong sản xuất công nghiệp

Trong sản xuất có hai dạng tác hại từ tĩnh điện phổ biến:

• Dạng thứ nhất là Phóng tĩnh điện (ESD) gây hỏng hóc, trục trặc, suy giảm chất lượng các phần tử điện tử, các cụm (như bản mạch), hay cả 1 thiết bị hoàn chỉnh. Cách thức gây hại của dạng này là thông qua dòng điện, hoặc thông qua các sóng điện từ trường sinh ra trong quá trình phóng.
• Dạng thứ hai là bám hút tĩnh điện ESA. Trong không khí có rất nhiều bụi, mà mắt thường có thể không nhìn thấy được. Một hạt bụi có cỡ 1 micro-met đủ sức gây chập hỏng 1 mạch bán dẫn, khi mà node-pitch đang chỉ tính bằng vài chục nano-met (2015). Bám hút bụi do tĩnh điện là hiện tượng gây ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm và sản xuất của các ngành như: In ấn, lắp ráp quang học, đóng gói thực phẩm, dược phẩm, tráng phủ, sơn, xi mạ, bán dẫn…v.v.. Đó là lý do các ngành sản xuất này cần đến môi trường phòng sạch.

Ảnh hưởng của tĩnh điện đối với các ngành công nghiệp khác nhau

Chống tĩnh điện sinh ra do ma sát, sẽ mang lại cho con người nhiều phiền toái trong sản xuất và đời sống, thậm chí có thể gây hại.

• Trong xưởng in, hiện tượng nhiễm tĩnh điện do ma sát giữa các tờ giấy sẽ khiến các tờ giấy dính vào nhau và khó tách rời, gây khó khăn cho quá trình in ấn.
• Lực hút tĩnh điện trên sợi bông, len và sợi nhân tạo trong nhà máy in và nhuộm sẽ hút bụi trong không khí, chất lượng in và nhuộm bị giảm sút.
• Trong sản xuất dược phẩm, do lực hút tĩnh điện của bụi, chất lượng thuốc sẽ không đạt độ sạch theo tiêu chuẩn.
• Trong phòng máy của máy tính điện tử, sự nhiễm tĩnh điện của cơ thể người có thể cản trở hoạt động theo tiêu chuẩn của máy tính điện tử.
• Trong nhà, người có nhiều tĩnh điện đi qua TV sẽ gây nhiễu hình ảnh và âm thanh của TV.
• Sự tích tụ tĩnh điện ở một mức độ nhất định sẽ gây ra hiện tượng phóng tia lửa điện. Nếu người đi trên thảm chà xát thảm có đủ điện, khi đưa tay ra kéo tay nắm cửa kim loại sẽ sinh ra tia lửa điện giữa tay và tay nắm kim loại, trường hợp nặng sẽ khiến người đó co giật.
• Nếu máy bay đang bay trên không, dòng điện sinh ra do ma sát với không khí không được dẫn đi trong quá trình hạ cánh, khi phi hành đoàn tiếp cận thân máy bay, phóng tia lửa điện sẽ xảy ra giữa người và máy bay, có thể hạ gục người trong trường hợp nghiêm trọng.
• Tĩnh điện có ảnh hưởng đáng kể đến các thiết bị điện tử hiện đại có độ chính xác cao và độ nhạy cao. Những người có nhiều tĩnh điện thậm chí có thể khiến các thiết bị điện tử nhạy cảm, dễ vỡ, nhỏ và tinh vi đó bị phá vỡ do phóng tia lửa điện và phá hủy một thiết bị điện tử.
• Nguy cơ lớn nhất của tĩnh điện là tia lửa điện đốt cháy một số chất dễ cháy và gây nổ. Đối với xe tải chuyên dùng để chở nhiên liệu lỏng như xăng, dầu diesel, trong quá trình đổ xăng và vận chuyển, nếu lượng tĩnh điện sinh ra do ma sát, va chạm giữa nhiên liệu và thùng dầu không được xả kịp thời sẽ sinh ra tia lửa điện và gây cháy nổ nếu tích tụ đến mức độ nhất định.

Ứng dụng của tĩnh điện trong cách ngành công nghiệp

Ứng dụng của tĩnh điện cũng có thể được sử dụng bởi con người. Hiện nay, có rất nhiều ứng dụng của tĩnh điện, nhưng hầu hết chúng đều dựa trên nguyên lý vật lý cho phép các hạt mang điện của vật chất chạy về phía và hấp phụ vào điện cực dưới tác dụng của điện trường. Nguyên tắc loại bỏ tĩnh điện được mô tả dưới đây.

Tại các nhà máy, trạm phát điện sử dụng than làm chất đốt, khói thải ra hàng ngày lấy đi một lượng lớn than nghiền, không chỉ gây lãng phí nhiên liệu mà còn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Bộ lọc bụi tĩnh điện có thể được sử dụng để loại bỏ than nghiền thành bột trong khói lò. Bộ hút bụi có cấu tạo gồm một ống kim loại A và một dây kim loại B treo trong ống, A nối với cực dương của nguồn điện cao áp, B nối với cực âm của nguồn điện cao áp. Giữa A và B có điện trường mạnh, càng gần B điện trường càng mạnh. Các phân tử không khí ở gần B bị điện trường mạnh ion hóa thành các electron và ion dương, các ion dương bị hút về phía B để lấy electron và trở thành phân tử không khí. Khi electron lao đến cực dương A thì gặp than nghiền trong khói lò làm cho than nghiền thành bột mang điện tích âm và hấp phụ vào cực dương A, khói thoát ra trở nên sạch.

Tĩnh điện cũng được sử dụng rộng rãi trong phun sơn tĩnh điện, đổ tĩnh điện, sao chép tĩnh điện, v.v. Cố gắng tích điện cho các hạt sơn Dưới tác dụng của dòng điện, các hạt sơn bay đến phôi làm điện cực và lắng đọng trên bề mặt phôi hoàn thành nhiệm vụ của phôi sơn. Đây là dạng phun sơn tĩnh điện. Bằng cách sạc các sợi lông tơ, lông tơ có thể được trồng trên hàng dệt được phủ một lớp chất kết dính để tạo thành một loại vải dệt như thêu. Đây là đàn tĩnh điện

Cách chống tĩnh điện

Cách cơ bản để ngăn ngừa nguy cơ tĩnh điện là loại bỏ tĩnh điện được tạo ra càng sớm càng tốt để tránh tích tụ. Các biện pháp cụ thể rất đa dạng. Chiếc xe bồn dựa vào dây xích kéo trên mặt đất để dẫn tĩnh điện đi. Bánh máy bay thường được trang bị dây nối đất, cao su dẫn điện cũng được sử dụng để làm lốp bánh xe, chúng có thể đưa tĩnh điện từ thân máy bay xuống đất trong quá trình hạ cánh. Sợi dây dẫn điện bằng thép không gỉ có kích thước 0,05 - 0,07 mm được trộn trong thảm, có tác dụng chống tĩnh điện rất tốt. Giữ độ ẩm thích hợp trong xưởng in và xưởng nhuộm Không khí ẩm có thể làm tĩnh điện biến mất nhanh chóng.

Nguyên lý của việc chống tĩnh điện

Đối với vật liệu dẫn điện:

Trên thực tế các chất liệu khác nhau sẽ có những cách chống tĩnh điện khác nhau. Một phương pháp thường gặp đối với những chất liệu dẫn điện được sử dụng nhiều nhất là nối đất (tiếp địa) trực tiếp.

Đối với vật liệu không dẫn điện:

Để ngăn ngừa tĩnh điện cho những chất liệu không dẫn tĩnh điện như các hỗn hợp hay vật liệu tự nhiên thì chúng ta chỉ có thể sử dụng ionizer SMC. Đây là phương pháp tạo ra ra các ion trung hoà những vùng bị tĩnh điện, nếu không được trung hòa bởi những điện tích tự do, tĩnh điện mất đi rất chậm. Những vật liệu cách điện cho phép những nhóm điện tích âm và điện tích dương hình thành. Khi những điện tích không thể di chuyển trên bề mặt của vật liệu này, việc nối đất không thể loại bỏ những điện tích này.

Sự ion hóa là phương tiện duy nhất để loại bỏ tĩnh điện ở những vật liệu cách điện. Sự ion hoá các điện tử tự do trong không khí bằng phương pháp phân cực điện áp cao tạo ra liên tục luồng điện tích âm và điện tích dương. Những điện tích này sẽ kết hợp với những điện tích trái dấu trên bề mặt của vật liệu do đó triệt tiêu được tĩnh điện trên bề mặt cách điện.

Sử dụng thiết bị chống tĩnh điện

Các nhà khoa học tạo ra các thiết bị chống tĩnh điện để chúng khử được các ion bằng cách trung hòa những ion này. Một số thiết bị chống tĩnh điện thông dụng mà chúng ta có thể biết đến như: Thanh khử tĩnh điện, vòi phun chống tĩnh điện, súng chống tĩnh điện, dao khí, quạt thổi ion, bộ nạp tĩnh điện, vòng tay tĩnh điện, dây nối đất... (antistatic bar, ionizing nozzle, ionizing gun, air knife, ionizing blower, charging, wrist trap...).

Chống tĩnh điện trong các ngành công nghiệp

• Trong lĩnh vực công nghiệp phòng sạch như phòng sạch sản xuất dược phẩm, điện tử để tĩnh điện thường gây thiệt hại rất to lớn, để chống tĩnh điện người ta thường phải sử dụng các biện pháp cũng như vật tư chống tĩnh điện như: Quần áo chống tĩnh điện, vải chống tĩnh điện, túi chống tĩnh điện, ghế chống tĩnh điện, giày chống tĩnh điện, bề mặt sơn chống tĩnh điện .v.v.v..
• Tĩnh điện là nguyên nhân hàng đầu gây hỏng các sản phẩm, linh kiện điện tử. Để bảo vệ các sản phẩm này, người ta sử dụng các loại túi có khả năng chống tĩnh điện.
• Đối với máy in, để chống tĩnh điện, người ta gắn những thanh khử tĩnh điện lên một số vị trí để nó trung hoà các ion tạo ra từ giấy trong quá trình cọ xát, xả cuộn, sấy khô...
• Để chống tĩnh điện trong quá trình sơn, người ta sử dụng quạt ion hoặc thanh khử tĩnh điện gắn ở vị trí gần nơi phun sơn để những thiết bị này khử ion trong các hạt sơn. Do không bị nhiễm tĩnh điện, các hạt sơn bám chắc chắn vào bề mặt hạt cần sơn, tạo nên lớp sơn thẩm mỹ hơn.

Tĩnh điện là một trong những yếu tố ảnh hưởng lớn đến việc sản xuất trong các ngành công nghiệp. Và qua bài viết chúng tôi mong rằng bạn sẽ hiểu hơn về hiện tượng này để thực hiện các hoạt động chống tĩnh điện phù hợp cho quy trình sản xuất của mình.

Tham khảo: Electrostatic Discharge

Brian