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.
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.
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.
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.
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.