Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboekenModule 4, Hoofdstuk 12, Paragraaf 12.1 Blz 377-383

Statische lading kan je ondervinden door een schok die je plotseling krijgt van een voorwerp of van iemand anders. Mensen snappen vaak niet waar het vandaan komt en het is een vaak niet begrepen onderwerp. Daarom wordt er hieronder uitgelegd hoe het ontstaat en hoe je hier vanaf komt!

Inleiding

Door de opkomst van de moderne elektronica zijn veel nieuwe toepassingen ontstaan, waarvan de belangrijkste ongetwijfeld de computer is. Deze ontwikkeling heeft een nieuw probleem met zich meegebracht, namelijk de invloed van statische elektriciteit op elektronische schakelingen. ESD (Electro Static Discharge) is een grote veroorzaker van schade voor de elektronica industrie.

De statische ontladingen beschadigen de steeds kleiner wordende elektronica. Door statische lading kan onzichtbare en onherstelbare schade aan de halfgeleider componenten ontstaan. Soms is hiervan waarneembare storing het directe ge volg, maar de schade kan ook lange tijd onopgemerkt blijven. Deze storingen brengen hoge schadekosten met zich mee.

In de luchtvaart wordt veel gebruikgemaakt van de moderne elektronica. De automatisering aan boord levert daarbij een belangrijke bijdrage aan de vlieg veiligheid. Storingen aan elektronische systemen als gevolg van statische lading moeten hierbij ten allen tijde worden voorkomen.

Dit is de reden dat er in de luchtvaart uitgebreide maatregelen zijn getroffen om eventuele schade te voor komen. De maatregelen zijn van toepassing op onder meer de fabricage, het onderhoud, het transport en de installatie van elektronische apparatuur.

Statische lading

Ontstaan van statische lading

Natuurkundig gezien is statische elektriciteit niets meer dan een onbalans in elektronen, ofwel vrije ladingsdragers. Dit ontstaat als elektrisch geleidende en niet-geleidende materialen met elkaar in contact worden gebracht en weer worden gescheiden. Het betreft hier dus elektrische lading die met het symbool Q wordt aangegeven.

Lading wordt aangegeven in de eenheid coulomb. Voor werpen kunnen zowel positief als negatief geladen zijn. Hierbij stoten gelijke ladingen elkaar af, terwijl tegengestelde ladingen elkaar juist aantrekken.

Statische lading in rusttoestand

Statische lading betreft een elektrische lading die ontstaat uit een verschil in vrije elektronen tussen twee materialen. Het opwekken van statische lading ge beurt als de voorwerpen van verschillende materialen langs elkaar bewegen.

De hoeveelheid lading die een voorwerp kan bevatten, is onder andere afhankelijk van de betreffende materialen, de contactdruk en snelheid van beweging. De relatieve vochtigheid van de omringende lucht speelt bij het laden en ontladen ook een belangrijke rol. In de praktijk blijkt lading zich te verdelen over de oppervlakte van een object.

Statische lading: een statische lading is een lading in rusttoestand.

Voorbeeld 1

Als we een kam over katoen wrijven zal dit voorwerp statisch geladen worden. Dit is goed zichtbaar als we de kam willen gebruiken. Doordat positieve en negatieve ladingen elkaar aantrekken zullen de haren recht overeind gaan staan.

Door het ladingsverschil is er sprake van een potentiaalverschil en dus van een spanning. Deze elektrostatische spanning kan enkele duizenden volts bedragen. Omdat ongelijke ladingen elkaar zullen aantrekken zal de geladen toestand zich willen vereffenen met de omgeving.

Dit doet zich ook voor wanneer een negatief of positief geladen voorwerp bij ‘aarde’ wordt gehouden. De lading zal zich in dit geval willen vereffenen met het nul-potentiaal. Ten gevolge van de hoge spanning zal er een doorslagmoment komen, waardoor er een kortstondige stroom zal optreden.

Tabel elektrische lading krijgen

Voorbeeld 2

Als we over een synthetisch tapijt lopen worden we ongemerkt opgeladen. De elektrostatische spanning kan hierbij wel 35 000 volt bedragen. Maken we in dit geval contact met een lager potentiaal, bijvoorbeeld door aanraking met een kraan, dan kunnen we de vereffening van lading voelen als een kortstondige stroomschok.

Alleen wanneer elektrische lading blijvend op een voorwerp aanwezig is, wordt er gesproken van statische lading. In een statisch geladen toestand zal er een hoog potentiaalverschil zijn, terwijl er geen stroom loopt. Een elektronenstroom doet zich hierbij alleen voor bij het statisch laden of ontladen. Statische elektriciteit kan door wrijving van verschillende materialen opgewekt worden.

Zo is een onweersbui een hoeveelheid vochtige lucht die statisch geladen is. Een bliksem is de zichtbare ontlading van deze statische elektriciteit. Ook kan statische elektriciteit opgewekt worden door het scheiden van materialen. De snelheid van scheiden speelt ook een belangrijke rol voor de opgewekte hoeveelheid lading.

Voor de hoeveelheid statische lading op een voorwerp geldt:

Q=C.U

Q = elektrische lading (coulomb)
C= capaciteit om lading te bevatten (farad)
U= elektrostatische spanning (volt)

Wist je dat…

statische lading ook gemeten kan worden? Hiervoor wordt een speciaal meetinstrument gebruikt.

Statische Lading meter

Begrippen Statische Lading

Tribo-elektrische reeks

Bij het opwekken van positieve of negatieve lading spelen de eigenschappen van de materialen een belangrijke rol. De eigenschap om positieve of negatieve lading te kunnen bevatten wordt weergegeven in een zogenaamde ’tribo-elektrische reeks’. Synthetische en waterafstotende materialen liggen verder van het midden verwijderd en bouwen daardoor gemakkelijker een statische lading op.

Hoewel alle materialen bij wrijving geladen worden, zullen materialen die in de reeks verder van elkaar verwijderd liggen, grotere ladingsverschillen ten opzichte van elkaar hebben. Vochtig katoen heeft een neutrale lading. Daarom wordt in ESD-veilige ruimten ook katoenen werkkleding gedragen.

Tabel statische gevoeligheid

Goed geleidende materialen laten hun lading zeer makkelijk wegvloeien. Hoe sneller dit gebeurt des te hoger de elektrische stroom zal zijn. Deze zogenaamde vonkontladingen, ook wel ESD genoemd, zijn tenslotte de boosdoeners. ESD-veilige materialen moeten dus een bepaalde elektrische weerstand hebben, die hoog genoeg is om geen vonkontladingen te veroorzaken en laag genoeg is om statische ladingen weg te laten stromen.

Isolatie (niet-geleiding)

Isolatoren zijn materialen waarin vrije elektronen zich niet of moeilijk kunnen ver plaatsen. Hierdoor is dit materiaal een slechte geleider voor elektrische stroom. Isolatoren hebben een hoge specifieke weerstand voor elektrische stroom.

Wel kunnen veel isolatoren lading vasthouden en afgeven, ofwel ze kunnen geladen en ontladen worden. De positieve of negatieve lading bevindt zich meestal aan de oppervlakte van het voorwerp. Vanwege de slechte geleiding kunnen ver schillende plaatsen op een object afwisselend positief en negatief geladen zijn!

Geleiding

Geleiders zijn materialen waarin vrije elektronen zich gemakkelijk kunnen verplaatsen. Hierom hebben geleiders een lage specifieke weerstand en kunnen een elektrische stroom goed geleiden. Een geleider kan negatief of positief geladen worden, maar niet beide tegelijk.

Omdat gelijke fadingen elkaar afstoten, zal de lading zich evenredig over het oppervlak verdelen. Een geleider kan dus net als een isolator la ding bevatten en vasthouden. Als een geleider echter contact maakt met een ander geladen of neutraal voorwerp zal het verschil in lading zeer snel afvloeien.

Antistatisch materiaal

Hoewel er vaak gesproken wordt over antistatisch materiaal, bestaat dit eigenlijk niet. Er zou beter over “low-charging” materiaal gesproken kunnen worden. Of een product al dan niet antistatisch is hangt steeds af van de combinatie.

Een materiaal dat antistatisch is met een product, kan toch statisch zijn in combinatie met een ander product. Gewoonlijk zal bij dit materiaal een elektrostatische lading binnen enkele seconden neutraliseren, zonder dat dit gepaard gaat met vonkvorming.

Oppervlakteweerstand Statische Lading

De oppervlakteweerstand is bepalend voor de geleidingseigenschappen van een materiaal voor geleiding van statische elektriciteit. De oppervlakteweerstand wordt uitgedrukt in de eenheid ohm/square, de weerstand per vierkante inch.

Er bestaan verschillende standaarden (normen) waardoor er soms bij een bepaalde aanduiding verschillende waarden gehanteerd worden. Er zijn algemene en militaire standaarden die per continent ook nog verschillend zijn. Wanneer materiaal een kleinere oppervlakteweerstand dan 10 ohm/sq heeft, dan spreken we van geleidend materiaal.

Heeft het materiaal een oppervlakteweerstand van 10 tot 10 ohm/sq, dan noemen we dat elektrostatisch geleidend. Materiaal dat een oppervlakteweerstand heeft van 105 tot 10 ohm/sq, noemen we elektrostatisch dissipatief materiaal.

Materiaal dat vaak antistatisch of “low-charging” materiaal genoemd wordt heeft een oppervlakteweerstand tussen de 105 en 1014 ohm/sq. Dit materiaal bouwt weinig triboëlektrische lading op bij het er over wrijven of bij aanraking. Bij een oppervlakteweerstand van meer dan 10¹2 ohm/sq spreken we van een isolerend materiaal.

Statische Lading: Hoe kom ik hier vanaf? Laden en ontladen.

Een elektrische lading aangebracht op een niet-geleider wordt een elektrostatische lading genoemd. Een elektrische lading aangebracht op een geleider wordt over het oppervlak verdeeld of afgevoerd als de geleider verbonden is met aarde.

Is een object statisch geladen, dan bevindt deze lading zich in een rusttoestand. Elektrostatische ontlading is de overdracht van lading tussen twee lichamen met een verschillend elektrostatisch potentiaal. Dit potentiaalverschil wordt veroorzaakt door direct contact of door inductie (in plaats van inductie spreken we ook van influentie) van een elektrostatisch veld.

Bronvermelding: https://jeweka.nl/category/theorie-en-werkboekenModule 4, Hoofdstuk 12, Paragraaf 12.1 Blz 377-383

Geef een reactie

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.