أنواع التفريغ الكهربائي
لا يوجد أنواع للتفريغ الكهربائي، ولكن هناك ثلاثة أنواع للجيل الساكن المتولد بسبب التفريغ الكهربائي، وهي: “التلامس والانفصال، التراكم الساكن، التراكم الاحتكاكي”، وهي الأسباب الثلاثة التي تؤدي إلى نشأة الكهرباء الساكنة، لكن أولا يجب أن نعرف ما هو التفريغ الكهربائي .
تنشأ الكهرباء الساكنة عندما تحدث اختلالات في الذرة بسبب اكتسابها إلكترون أو فقدانه، ولمعرفة كيفية حدوث هذا، يجب معرفة ما يحدث في كل من الأنواع الثلاثة
- توليد الكهرباء الساكنة المتسبب به التلامس:
يجب في هذا النوع أن يكون الجسمين منفصلين عن بعضهما حتى يحدث التلامس الذي يؤدي إلى توليد شحنة ثابتة، ويتم هذا عن طريق نقل الإلكترون من الجسم إلى الآخر.
- التراكم الساكن
في النوع الثاني، يتم توليد الكهرباء الساكنة نتيجة التراكم الثابت للشحنات الكهربائية بين الأسطح، ويشبه هذا النوع في تقنيته لتوليد الكهرباء بالتلامس، ولكن يتم في النوع الثاني فصل المواد عن بعضها حتى يتم توليد الكهرباء الساكنة.
لا يمكن للإلكترونات في هذا المجال العودة إلى حالتها الأولى، ولكن كمية الكهرباء الساكنة التي تنتج عن التراكم الاستاتيكي المنفصل يكون أكبر بكثير من التراكم الساكن الذي ينتج نتيجة التلامس، وذلك بسبب مساحة السطح الكبيرة .
- التراكم الاحتكاكي
أما النوع الثالث من التوليد الكهربائي، فيتم عن طريق تراكم الاحتكاك الساكن، ويحدث هذا عندما يتم الاحتكاك بين جسمين ما يؤدي إلى نقل الإلكترونات الموجودة في التكافؤ الخارجي للجزيئات من ذرة إلى أخرى بسلاسة.
عندما تزداد القوة التي تسبب ضغطًا أكبر، يؤدي ذلك إلى تلامس أكبر بين الجزيئات، مما يسبب زيادة في الشحنة الناتجة، ويمكن الاستنتاج من ذلك أن التراكم الساكن الناتج عن الاحتكاك يسبب شحنات أعلى بالتأكيد من التراكم الساكن الناتج عن التلامس .
استخدامات التفريغ الكهربائي للمهمة
يتعرض الكثيرون لتفريغ الكهربائي الساكن أكثر من مرة في حياتهم، وهو شيء غير ضار على الإطلاق ولا يفيد أيضًا، حيث يشعر الشخص بحالة صدمة كهربائية خفيفة عند لمس بعض الأشياء .
مثل مقبض الباب أو عند خروجك من السيارة، في القرن الخامس عشر كان يتوجب على الناس التعامل مع التيار الكهربائي الساكن قبل أن يتم التعرف عليه كمصدر للطاقة.
تقوم معدات التفريغ الكهروستاتيكي ESD بنقل الشحنات الكهربائية الساكنة بطريقة آمنة، وتتم هذه العملية من أجل:
- أولا منع تراكم الكهرباء الساكنة,
- تفريغ الكهرباء الساكنة يتم توليدها بأمان.
- يهدف التصريف العرضي إلى حماية الأشخاص والمنتجات من آثاره الضارة.
ومن أكثر الأجهزة التي تم تصميمها بناء على تفريغ الكهرباء هي:
- مقاعد العمل المضادة للكهرباء الساكنة.
- أسلاك التأريض.
- الأدوات الاستاتيكيه.
- قفازات ضد الكهرباء الساكنة.
- المطاط ESD.
- الملابس الإستاتيكية.
تم صنع أدوات للتفريغ من تأثير الكهرباء الساكنة السلبي على جودة المنتجات وسلامة العاملين في الإنتاج، مثل حدوث مشكلات في معالجة الورق والأقمشة وإنتاج البلاستيك، وتم أيضا مراقبة الشحن الثابت، ومن بين أدوات التفريغ
- Trek 341B: يتميز هذا الجهاز بسرعة عالية وجهد عالي وفولتميتر إلكتروستاتيكي.
- Trek 541A: جهاز فولتميتر كهربائي غير متصل بعمليات EOS و ESD
- Trek 875: هو مستشعر الجهد الكهروستاتيكي المصمم خصيصًا لمراقبة تراكم الشحنات الكهروستاتيكية في الداخل .
- Trek 520 Series: هو فولتميتر محمول
التفريغ الكهربائي للغازات
يتم تفريغ الغازات في أنبوب التفريغ باستخدام أنبوب زجاجي، ويأتي أنبوب التشغيل على شكل أسطواني يحتوي على أنبوب جانبي، ويحتوي كل طرف على قطب معدني لتوصيل التيار الكهربائي، ويتم ضخ الهواء داخل الأنبوب باستخدام مضخة الهواء للحفاظ على ضغط الهواء داخل الأنبوب .
تم الاكتشاف أن وجود الغازات لا يمكنه توصيل الكهرباء بغض النظر عن شدة الجهد المستخدم، حتى وإن كانت الشدة تصل إلى 10000 فولت، وهو جهد كهربائي عال جدا. ولكن تم اكتشاف أنه يمكن توصيل الكهرباء عند وجود ضغط منخفض، وتم اكتشاف ذلك بواسطة العالم ويليام كروكس. وتوصل إلى هذا الاستنتاج من خلال عدة تجارب، بما في ذلك.
- عند تعرضه لضغط جوي يبلغ 10-2 ، يتم تهيج المحيط بالكاثود القطب السالب عن طريق ترك مسافة صغيرة بينها وبين القطب، والتي تسمى المساحة المظلمة، ليبدأ التيار بالتدفق من قطب إلى آخر.
- عندما يتم ضغط الغاز إلى 10-3 ضغط جوي، يتوهج الأنبوب بالكامل ويتغير لون التوهج بناء على نوع الغاز الموجود ونوع الزجاج المستخدم.
- عندما يصل الضغط الجوي إلى 10-5، يتم إشعال المتبقي من الأنبوب الذي يوجد مقابل الكاثود لإطلاق أشعة الكاثود من الكاثود. وبالتالي، يمكن استنتاج أنه عندما يتم تمرير التفريغ الكهربائي، يتم إنتاج أشعة الكاثود، ولكن هذا يحدث فقط عندما يتم تمريرها عند ضغط جوي منخفض جداً.
- يستخدم أنبوب التفريغ في لوحات الإعلانات الموجودة في مراكز التسوق وعلى الطرق. يتم تعبئة هذه اللوحات بغاز النيون أو باستخدام غازات أخرى ذات ضغط منخفض جدا، لأن هذه الغازات تعطي توهجات متغيرة الألوان.
- يؤثر لون الزجاج أيضًا على تغيير اللون والتوهج والأضواء والتوهجات التي يسببها غاز الصوديوم الذي يستخدم في صناعة مصابيح الإضاءة في الشوارع.
أنبوب التصريف
هو أنبوب زجاجي، يتم ملؤه بالغاز من خلال ترتيب الأقطاب الكهربائية في غلاف عازل ومقاوم للحرارة، حيث يعمل هذا الأنبوب على تأيين الغاز الموجود فيه، وبالتالي يمكن استخدامه في توصيل التيار الكهربائي.
يتوقف الجهد المطلوب للتفريغ على عملية التعبئة والتصميم الأنبوبي، ويتم استخدام السيراميك والزجاج في صناعة الأنابيب، بينما تستخدم الأنابيب العسكريةمعدنية مبطنة بالزجاج لتتوافق مع أجهزة الكاثود الباردة والكاثود الساخنة.
يعتبر الكاثود شعاعًا أو حزمة إلكترونات يتم ملاحظتها داخل أنبوب التفريغ، وفي حال وجود قطبين على الجوانب، يتمكن المرء من ملاحظة التوهج الذي ينتج عنها .
تستخدم الأنابيب الحديثة الانبعاث الحراري، حيث يتكون الكاثود من سلك حراري رفيع يتم تسخينه بواسطة التيار الكهربائي، مما يؤدي إلى فقدان بعض الإلكترونات لأنها تحمل شحنات سالبة، وينفر الكاثود هذه الإلكترونات ويجذبها القطب الأخر الذي يحمل شحنات موجبة.
سيتم تحركهم في خطوط مستقيمة و يسبب الجهد بين الأقطاب إلي تسريع الجسيمات من منخفضة الكتلة إلى أن تصل إلى سرعات عالية داخل الأنبوب، وقد كانت أشعة الكاثود هي أشعة غير مرئية ولكن عند اصطدامها بالجدار الزجاجي سببت لون للتوهج علي حسب الغاز الموجود وأيضا على حسب درجة شفافية الزجاج بالأنبوب .