Игривое в быту, строптивое в море: как укротить статическое электричество на судне
Липнущий к пакету кассовый чек, наэлектризованные пластмассовой расческой волосы, слишком крепкая «дружба» синтетической юбки с капроновыми колготками — бытовое статическое электричество ощущается больше как щекотка, чем удар током. Но скромный спутник некоторых материалов при особых условиях показывает характер. «Энергия+» выясняла, почему встреча со статическим электричеством в открытом море на судне может быть более ощутимой, чем торчащие в разные стороны волосы и прилипшая к телу одежда.
Статическое электричество возникает, когда электрический заряд накапливается на поверхности диэлектриков — веществ, относительно плохо проводящих электрический ток. Такие вещества из-за плохой проводимости «не пускают» заряд внутрь, и он вынужден ждать на поверхности, пока рядом не окажется проводящая среда.
Диэлектрики, как и все вещества в природе, состоят из атомов. Атомы обычно электрически нейтральны: в них одинаковое число положительно и отрицательно заряженных частиц — протонов и электронов. Протоны находятся в ядре, вокруг него на фиксированных расстояниях движутся электроны. Внешние электроны, расположенные дальше от ядра, слабее связаны с ним, могут «отрываться» от «своего» атома и прикрепляться к другому. Это происходит при трении одного тела о другое, поскольку «трутся» как раз электронные оболочки атомов.
Число протонов в ядре трением не изменишь, поэтому тело, с которого «ушел» электрон, приобретает положительный заряд, а тело с избытком электронов — заряд со знаком «минус». Перераспределение электронов приводит к образованию электрических слоев с противоположными зарядами. Разряд во внешнюю среду происходит, когда заряженное тело оказывается слишком близко к заземленному предмету или предмету с другим электрическим потенциалом. Вот почему от наэлектризованного свитера при контакте с телом человека — объектом, умеренно проводящим ток, — видны проблески, хорошо заметные в темноте. Когда заряды между телами с разными потенциалами выравниваются, свитер «гаснет».
Помимо трения, электризацию может вызвать резкий перепад температур. При нагреве или охлаждении меняется скорость движения атомов и количество их столкновений (частота колебаний внутри молекулы). Из-за этого электроны могут спонтанно отделяться и скапливаться в определенном месте, образуя статический заряд. Причиной статического электричества может быть также радиация и резка металлов. При высоком уровне радиации повышается энергия электронов, появляются разнородно заряженные частицы, а из-за механического воздействия меняется структура материала и его электропроводность.
Статическое электричество у вас дома
Шерстяные ковры, линолеум, лакированная мебель, синтетическая одежда и обувь, любые предметы, в составе которых есть непроводящие электрический ток материалы — резина, картон, сухое дерево, смолы — накапливают статическое электричество в быту. Избавиться от него поможет мытье полов и протирка поверхностей мокрой тряпкой (аргумент в пользу того, почему недостаточно пропылесосить квартиру). Чем влажнее воздух, тем выше его электропроводность, а значит, накопленным зарядам есть куда ускользнуть.
Золотая середина уровня влажности в доме — 45%. Если она меньше 30%, воздух будет сушить кожу и слизистые оболочки, а статическое электричество — быстро накапливаться. При высокой влажности, от 70%, увеличится отдача тепла от тела человека, на стенах появится грибок, начнет портиться мебель (влага — идеальная среда для размножения микроорганизмов).
Дефилируя в шерстяных носках по ковру, можно получить заряд напряжением в шесть киловольт. Если снизить влажность воздуха до 10–20%, включив на максимум приборы отопления, можно нашаркать заряды до 35 киловольт. Оба этих значения — обычное напряжение для высоковольтных линий электропередачи! Но из-за низких значений силы тока (количества накопленных диэлектриком электронов) такой «удар» будет ощущаться как легкая щекотка и пощипывание, безвредное для человека.
Почему электризуется судно
Моряки накапливают заряды на себе, передвигаясь по полам и прикасаясь к пластиковым перилам судна. Из-за полимеров в отделке электризация может достигать очень высокой степени. Другие источники возникновения статических зарядов — синтетическая обивка мебели, верхняя одежда.
О наличии статического электричества на судне свидетельствует «слипание» страниц писчей бумаги между собой. Чем больше древесной массы в листе, тем ниже его электропроводность и выше способность накапливать заряды. Сильно наэлектризованные листы разделяются с треском.
Если для человека случай с «поведением» бумаги — это неудобство, то для электронных приборов — риск. Статическое электричество, проявляя свой «характер», может разрядами повредить их: на полевых транзисторах из-за высокого напряжения разрушается нанесенная на них тонкая оксидная пленка.
Как укротить статическое электричество на судне
Статическое электричество останется изредка щекочущим спутником, если соблюдать простые правила. Прежде всего заземляются корпуса судов, все оборудование под напряжением и радиопередающие устройства — это называется защитным заземлением.
Морякам рекомендовано использовать обувь на кожаной подошве: ее проводящие свойства выше, чем у резиновой или капроновой. В составе одежды должно быть как можно меньше синтетики. Личному составу рекомендуют почаще прикасаться к металлическим предметам, чтобы избавляться от излишков зарядов на себе.
Роман Емельянов
Капитан СПГ-бункеровщика «Дмитрий Менделеев»
Во время плавания никому из экипажа не разрешается в обычной или парадной одежде выходить на палубу. Там находится управляющая электроника, поэтому нужна специальная форма из антистатического материала.
«С мобильными устройствами на палубе и капитанском мостике находиться также запрещено. На нашем судне есть специальный телефон, с которым можно выходить в общие пространства, — один на всю команду. Обычными смартфонами члены команды пользуются только в каютах, спортзале, столовой», — рассказывает капитан.
Для облицовки кораблей применяют специальные неэлектризующие пластмассы, используют антистатические добавки. Важно чередовать пластик с заземленными электропроводными материалами. Обрамление металлом пластиковых ступенек трапов существенно снижает количество образующихся зарядов. В то же время, заменить весь пластик на корабле на металл попросту невозможно: из-за высокой плотности этого материала судно мигом пошло бы ко дну.
На судах без кондиционеров чаще проветривают помещения, чтобы запустить внутрь влажный морской воздух, капроновые канаты вымачивают в соленой воде: кристаллы солей оседают между волокнами, и канаты надолго теряют способность электризоваться.
Энергия в разных формах окружает нас везде и всюду, перетекая от объекта к объекту. Статическое электричество, в целом незаметное дома, заставляет считаться с собой в море. Если в квартире достаточно влажной уборки, чтобы снизить вероятность «щекотки» электронами, то на судне, как и на любом промышленном объекте, «дружить» со статическим электричеством помогает четкое соблюдение правил безопасности.
