Kako (i tijekom hodanja) smanjiti elektrostatičku naelektriziranost?
Elektrostatika nastaje zbog mehaničkog rada koji je potreban za razdvajanje dvaju materijala. U analizi pojavljivanja elektrostatike tijekom hodanja prvi je materijal potplat cipele, dok je drugi materijal – površina poda.
Odabir materijala
Prva točka u gornjoj tabeli govori nam da je moguće poduzeti neke mjere za smanjenje naelektriziranosti tijekom hodanja, i to odabirom materijala podne površine te potplata na obući. Teoretski bi bilo idealno kad bismo za hodanje po nekoj podnoj površini obuću promijenili za elektrostatički prikladnu obuću te tako elektrostatički »prilagodili« potplat i tu podnu površinu. Naravno, neprestano mijenjanje obuće u praksi nije izvedivo niti praktično.
Kako nošenje različitih vrsta obuće djeluje u praksi možemo vidjeti kada nas tijekom hodanja u istom prostoru jedan dan »trese«, a drugi dan ne, čim se npr. dotaknemo kvake, kada se rukujemo s nekim ili dodirnemo automobil. Pri tome zanemarujemo da smo promijenili cipele te da na sebi imamo sintetičku odjeću, koja isto tako tijekom hodanja dovodi do naelektriziranosti ljudskoga tijela! Ne opažamo niti to, da je servis za čišćenje nedavno promijenio materijal za čišćenje te da je s novom blještavom prevlakom podne površine bitno izmijenio prvobitne elektrostatičke osobine podne površine. Tako očišćena podna površina može i nehotice postići novi, viši površinski otpor.
No, brzo će se javiti i »stručnjaci« koji će iznijeti svoje laičke zaključke vezane uz ovaj problem. Po njima bi poteškoće trebalo povezati s bioenergijom, ili možda pomanjkanjem elektrolita u tijelu, itd.
U posebno organiziranim prostorima u elektronskoj industriji, gdje vladaju uvjeti za ovladavanje elektrostatikom – EPA područjima, gdje se rukuje s elektrostatički iznimno osjetljivim elektronskim komponentama – uvijek mora biti položena elektrostatički prikladna podna površina. Tu se nosi posebna obuća, koja je elektrostatički usklađena s podnom površinom. Uslijed toga, tijekom hodanja po njoj skoro da se elektrostatika niti ne stvara. Ako se elektrostatički naboj ipak pojavi, on po tlu odmah otječe u zemlju. Elektrostatički nadzirana okolina mora biti još osigurana i u područjima opasnim zbog mogućih eksplozija, u čistim sobama, farmaceutskoj industriji, bolnicama, itd.
U svakidašnjem životu, međutim, ovako kompleksna rješenja za ovladavanje elektrostatikom tijekom hodanja ne dolaze u obzir. Takvi su projekti preskupi, tehnički previše zahtjevni i obično ne odgovaraju svim estetskim mjerilima. Uz to, od ljudi je nemoguće očekivati da koriste »antistatičke« cipele!
Električni površinski otpor i otpor materijala pri uzemljivanju
»Antistatičke« osobine svakog materijala najpodrobnije su određene njihovim električnim otporima pri uzemljenju. Otpor podne površine pri uzemljenju pokazuje koliko lagano elektrostatički naboj može otjecati kroz podnu površinu i dalje, u zemlju, kroz njezino mjesto uzemljenja.
Za nastajanje elektrostatičke naelektriziranosti neke osobe tijekom hodanja neposredno je odgovoran i površinski otpor podne površine. Što je veći površinski otpor, snažnija je i pojava naelektriziranosti kod svakog podizanja i razdvajanja potplata obuće od podne površine. Kada površinski otpor podne površine postane veći od 100 GΩ, naelektriziranost osobe postaje iznimno velika. Nastajanje elektrostatičke naelektriziranosti osobe tada postaje toliko, da se tijelo osobe ne može više razelektrizirati, već u sebi počinje gomilati naboj. Njega se opet može nagomilati toliko, da može uzrokovati vrlo neugodne, pa čak i vrlo opasne pojave prilikom pražnjenja.
Na betonu, koji je električki dobro provodan, nema pojave naelektriziranosti osobe elektrostatičkim nabojem koji bi nastao tijekom kretanja osobe. Međutim, na sintetičkim podnim površinama, koje su električni izolator, može nastati vrlo mnogo elektrostatike!
I električni otpor obuće je važan prilikom utvrđivanja »antistatičkih« svojstava obuće. Potplat »antistatičke« obuće ima disipativni električni otpor, kojemu je vrijednost od 100 kΩ do 10 MΩ. Potplat takve obuće se za vrijeme podizanja i razdvajanja od tla može tek vrlo malo naelektrizirati. Obuća za zaštitu od naelektrizacije osobe tijekom hodanja ima potplate izrađene od dovoljno dobro elektroprovodnih tvari, koje tijelo osobe uzemljuju na podnu površinu. Tako postaje moguće da u tijelu nagomilan elektrostatički naboj neprestano istječe kroz obuću i podnu površinu u zemlju, i to kroz električno uzemljenje podne površine – i problema naelektriziranosti čovjeka tijekom hodanja i rada više neće biti!
Često pogrešno nazivana »antistatička« ili ESD obuća izgleda kao obična obuća.
Veliki broj okomitih provodnih čepića dobro uzemljuje stopalo sa potplatom i otuda dalje na uzemljenu podnu površinu.
Kožni potplat ima relativno dobru električnu provodnost. Mokar kožni potplat još je bolji električni provodnik i zato će nas u kožnim cipelama elektrostatika rijetko uzdrmati. Tijekom zime nosimo toplu obuću sa poliuretanskim potplatom. Poliuretan je odličan električni izolator, koji tijelo posve izolira od zemlje. Kako ima i visok površinski otpor, neprestano stvara velik elektrostatički naboj – pri svakom koraku, kad god se stopalo podigne i odvoji od poda. Zato nas tijekom zime, posebno ako je zima »suha«, može snažno uzdrmati čim se dotaknemo kvake, automobila ili druge osobe.
Vlaga u zraku
Vlaga u zraku je doista odlučujuća prilikom nastajanja i gomilanja elektrostatike. Manje vlage u zraku znači da je zrak manje električno provodan, odnosno da je bolji električni izolator. Električno slabo provodan zrak ne dopušta elektrostatičkom naboju nagomilanom na tijelu da isteče s površine tijela u zrak pa stoga tijelo ostaje naelektrizirano. Ljudi se najviše žale na elektrostatiku u zimskom razdoblju. Tijekom zime u zraku ima vrlo malo vlage (npr. relativna vlažnost zraka je samo 15-postotna), dok je ljeti ta vlažnost znatno veća (u našim krajevima i 75-postotna). Više vlage u zraku može smanjiti i površinski otpor materijala. Manji površinski otpor materijala omogućava da elektrostatički naboj može otjecati s tijela u zrak. Ako je otjecanje elektrostatičkog naboja brže od stvaranja i gomilanja novog naboja, tijelo se ne može naelektrizirati. Velika količina vlage u zraku, npr. dok pada kiša ili dok je neka mokro čišćena površina još vlažna, stvara tijekom hodanja znatno manje elektrostatičkog naboja. Mjerenja radi elektrostatičke kvalifikacije neke podne površine ne smiju se obavljati odmah nakon mokrog čišćenja te površine jer bi izmjerene vrijednosti otpora mogle biti daleko od onih stvarnih. Ni poboljšavanje površinskog otpora nekog materijala reguliranjem vlage u zraku najčešće nije učinkovito. Mnogi materijali nisu dovoljno higroskopski i nikada se ne mogu »navlažiti« dostatno da bi se njihova površinska provodnost mogla promijeniti. Kontrola vlage u zraku pomoću klimatskih uređaja nije ni racionalna, a niti moguća.
Brzina kretanja, hodanja
Moć naelektrizacije tijekom hodanja jako ovisi o brzini hodanja. Osoba koja stoji, naravno – ne hoda i ne može se naelektrizirati. Dok ona stoji, ne dolazi do razdvajanja potplata i podne površine. Dok hoda, sa svakim se njezinim korakom uključuje generator elektrostatike: svako podizanje noge s poda stvara elektrostatički naboj.
Što je veća brzina hodanja, veća je i amplituda stvaranja elektrostatike. Uslijed veće brzine hoda povećava se i takt koraka, a to znači da se povećava i takt stvaranja dodatnog elektrostatičkog naboja. Način hodanja, klizanje ili rotiranje stopala i brisanje potplata mogu stvoriti više elektrostatike od običnog koraka! Pogrešno je mišljenje mnogih, da ćemo – ako se rukom dotaknemo uzemljenih mjesta, npr. vodovodne slavine ili radijatora, nakon dodira neko vrijeme ostati »razelektrizirani«, »ispražnjeni«. Posve krivo! Jer, već sljedeći učinjeni korak naelektrizirat će tijelo na raniju, maksimalnu naelektriziranost. Energija odvajanja stopala od poda i kod samo jednog jedinog koraka, naime, dovoljno je velika da u danim uvjetima dovede do maksimalne naelektriziranosti ljudskoga tijela.
Oblik podne površine i veličina obuće
Površina razdvajanja dvaju materijala je ona površina koja ostaje tik za mjestom gdje se razdvajaju dva materijala. Tijekom hodanja, to je površina s koje se potplat ravnomjerno podignuo sa tla. Što je veća površina razdvajanja, veća je i snaga naelektriziranosti. Tako u nanomjerilu više naelektriziranih čestica ima mogućnost stvoriti elektrostatičke naboje. Te razlike u naelektriziranosti, naravno, ne mogu se uočiti na veličini cipela. Tu je znatno bitnija površinska struktura materijala. Vlaknasta struktura podne površine može stvoriti vrlo velike količine elektrostatičkog naboja. Ponekad je vrlo značajna i usmjerenost vlakana, naročito ako je suprotna smjeru hodanja. Površine profesionalnih podova koje se tijekom hodanja nisu naelektrizirale, obično imaju pomalo mat izgled, što znači da su rijetko blještave i sjajne. Ni profesionalni materijali za čišćenje i održavanje tih podnih površina ne mogu od njih napraviti glatke i blještave podove. Tako su ovdje dodirne površine obaju materijala – poda i obuće – mnogo manje. Zato sjajni podovi, koji bi inače morali imati »antistatička« svojstva, možda mogu ukazati na nestručnost u radu servisa koji obavlja poslove čišćenja.
Kako čovjek prepoznaje elektrostatiku
Čovjek nema nikakvog posrednog osjeta za raspoznavanje elektrostatičke naelektriziranosti; očito, tijekom naše evolucije nije nam bio potreban i osjet ove vrste. Tek su industrijska revolucija, izrada baruta te početak razvitka suvremenih elektronskih uređaja prije dosta desetljeća pokazali, da je potrebno istinski obraditi i ovo pitanje, a naravno – i pronaći način za mjerenje elektrostatičkog naboja. Struju koja protječe kroz naše tijelo prepoznajemo kao »uzdrmavanje«. Pojave elektrostatike možemo još raspoznati i vidom, ili sluhom. Veća elektrostatička strujanja, baš kao i drugi električni tokovi, izazivaju stezanje mišića i tetiva, opekline, a uz pojavu munje i smrt. Čovjek ne razaznaje nikakvo pražnjenje preko svog tijela, ukoliko je napon naelektriziranosti manji od 3.000 volta! Većina elektrostatičkih pojava koje nastaju tijekom hodanja ima jačinu manju od 3.000 volta, i zato ih nismo niti svjesni. Radi toga su npr. u elektronskoj industriji te u područjima rada s eksplozivima preuzeli posebne uvjete za nadvladavanje elektrostatike, jer je ondje već i pražnjenje uz napon do 3.000 volta preveliko, opasno i škodljivo. Čovjek može čuti pražnjenje elektrizacije u zraku kada je napon razelektrizacije veći od 5.000 volta, a ako je napon veći od 10.000 volta, može i vidjeti iskru koja nastaje prilikom pražnjenja.
Radi lakšeg razumijevanja – još nešto: električna iskra prilikom pražnjenja u zraku može preskočiti udaljenost od 1 centimetar u uobičajenoj atmosferi zraka (vlaga, tlak) kod napetosti od približno 25.000 – 30.000 volta električnog napona.
Kako će pojedinac razaznati i doživjeti elektrostatička pražnjenja vrlo je relativan i osobni doživljaj. Zato se često puta događa da poneko od nas na njih i na pojavu elektrostatike reagira i vrlo stresno. Naravno, tijekom stručnog rada s elektrostatikom, radi raspoznavanja i mjerjenja elektrostatike koriste se posebni mjerni uređaji.
Danijel Knez, dipl. ing. el.
Fotografije: arhiv autora, arhiv IMC, d. o. o.
