Statik Elektrik Nedir?

Statik elektrik

Statik elektrik nedir?

Birden çok yükün birbirleri ile sürtünme, dokunma veya etki yoluyla etkileşimleri sonucu oluşan yük değişikliklerine  statik elektrik (durgun elektrik) denir.

Elektrostatik terimi statik (durgun) elektriği ifade etmesinin yanında statik elektriği inceleyen bir bilim dalını da ifade eder. Durgun elektrik yüklerini ve sebep olduğu olayları inceleyen elektrik dalına elektrostatik (electrostatic) denir. 1650 yılında Alman fizikçi Otto van Guericke statik elektrikle çalışan makine yapmıştır.

Statik Elektriğin Sebepleri

Maddeler, elektriksel olarak nötr atomlardan oluşmaktadır. Çünkü, atomlar içerisinde bulunan pozitif yüklerin (çekirdeğinde bulunan protonlar) sayısı ile negatif yüklerin (çekirdeğin etrafındaki  kabuklarda  bulunan elektronlar) sayısı birbirine eşittir. Statik elektrik olgular, pozitif ve negatif yüklerin ayrımına ihtiyaç duyarlar.

İki madde birbirleriyle temasa geçtiğinde, elektronlar bir maddeden diğer maddeye geçebilir. Böylece bir madde üzerinde aşırı miktarda pozitif yük, diğeri üzerinde ise buna eşit miktarda bir negatif yük bırakır. Maddeler ayrıldıklarında, yükleri oransız bir şekilde tutarlar.

Statik Elektrik Nasıl Oluşur?

Bütün maddeler artı (+) ve (-) yükle yüklüdür. Dengede olan artı ve eksi yükler sürtünme ile bozulur ve maddelerin elektriklenmesine sebep olur. Statik elektrik, tabiatta birbirinden farklı veya aynı, iletken veya yalıtkan iki maddenin temas etmesi ve sonra ayrılması veya sürtünme işlemi sonucunda, bu iki cisim arasında pozitif ve negatif elektronların serbest bırakılması ve işaretlerinin değişmesi ile kendiliğinden statik elektrik oluşur. Statik yükün voltajı çok fazla olmasına karşın, ancak akımı çok zayıftır.

Bunu bir statik elektrik deneyi ile anlatabiliriz;

Deneyimizde saçınızı plastik tarakla tararken, elinizdeki o tarak saçlarınızdaki negatif yükü, yani elektronları toplar. Tarama işlemi bittiğinde tarak tamamen negatifle yüklenmiş olur. Negatifle yüklü olan tarak, pozitifle yüklü olan her şeyi kendine çeker. Bu, mıknatısların metalleri çekmesine benzetilebilir.

Bazen birisine ya da musluğa dokunduğunuzda, televizyona yaklaşıldığında duyulan karıncalanma hissi, yatakta dönerken, elbise giyerken, halının üzerinde yürürken sürtünme sonucu bir miktar vücudunuzda statik elektrik yüklenmesi sonucu oluşur.

Teknolojik gelişme sonucu kullanılan sentetik giyim eşyaları, sadece insan vücudunu topraktan izole etmez, elektrostatik yüklerin oluşmasına da sebep olur. Günümüzde sentetik ve plastik eşyaların kullanımı olumsuz etkiler yapmaktadır.

İnsan vücudu üzerinde oluşan statik yükün büyük bir kısmı giyilen elbiseden ve bulunduğumuz ortamlardaki plastik taban, yer, duvar pimapen pencere vs. kaynaklanmaktadır. İnsanların bulundukları ortamdaki  almış oldukları statik elektrik insan sağlığına ve de kullanmış oldukları elektronik cihazlara zarar vermektedir.

Vücuttaki Statik Elektrik Nasıl Atılır? Statik Elektrik Nasıl Boşaltılır?

Elbisenizi giyerken, benzer şekilde, cisimler birbirlerine yaklaştıklarında veya dokunduklarında aralarında yük transferi gerçekleşir ve statik elektrikle yüklenirler. İnsan vücudunda olan elektrik özellikle ellerde yüzde başta yoğunlaşmış haldedir. Temas veya sürtünme yolu ile bir cisme dokunduğumuz zaman vücudumuz ile cisim arasında bir yük geçişi olur. Negatif olarak yüklenen vücudumuz ile başka bir cisme temas ettiğimizde ani bir şekilde yük boşalması yaşanır.

Böylece yüklerinin cinsi ve miktarında değişiklik meydana gelir. Statik elektriğin miktar olarak artışı en çok da sürtünme yoluyla gerçekleşir. Statik elektrik şarjı nemli ortamlarda daha az, kuru ortamlarda ise daha fazladır. Bu nedenle sürekli kuru ortamlarda bulunuyorsanız aklınıza geldikçe vücudunuzdaki statik elektrik boşaltma, sağlığınız açısından faydalı olur.

Vücuttaki statik elektriğin fazlasını dışarı atmak için ya çıplak el ve ayakla toprağı elleyerek bir nevi toprak hattı yaparak. Ya da su ile yıkanarak bu elektronları dışarı aktarmakla statik elektrik boşaltılır.

Statik Elektriğin Zararları

• Statik elektrik insanlarda deri hastalıklarına sebep olabilir. Statik elektrik zararları, nadiren insan hayatını tehlikeye sokacak kadar büyük değerlere ulaşabilir.
• Düşük voltajlar ile çalışan elektronik devre elemanlarına zarar vererek devreleri işlemez duruma getirebilir.
• Elektronik tabanlı sistemlerde devre elemanlarını etkilemese de devre akımlarını etkileyerek sistemin istenmeyen sonuçlar döndürmesine, sistemin normal çalışmasının sebep olabilir.
• Yanıcı veya patlayıcı özelliğe sahip sıvı ve gazlarla temasında istenmeyen felaketlere sebep olabilir.
• Üretim alanlarında kâğıt, kumaş vb. gibi ürünler statik elektrik sonucu birbirlerini iterek dağılabilir veya birbirlerini çekerek yapışabilir bu da otomasyonda problemler yaratabilirler.
• Baskı makinelerinde statik elektrik sebebiyle kâğıtlar  birbirine yapışırsa baskı sorunları yaşanabilir.

Statik Elektriğin Faydaları ve Statik Elektriğin Kullanım Alanları

Statik elektriğin değişik endüstri kollarında birçok kullanım alanı vardır. Baskı teknolojilerinden filtreleme teknolojilerine, halı, kilim üretiminden tarımsal ilaçlama, haberleşmeden boyama teknolojilerine kadar statik elektrik kullanım alanları vardır.

Statik elektrik, genel olarak, otomotiv boyaları, fotokopya çıkartma tekniğinde, fotokopilerde, yazıcılarda, hava filtrelerinde (özellikle elektrostatik çöktürücülerde), boya spreylerinde, toz testinde, ameliyathanelerde, tiyatrolarda, statik yapıştırmada ve uçak yakıt ikmalinde kullanılır.

• Baskı Teknolojisi

Fotokopi makinelerinde, matbaa baskı makinelerinde, değişik tipteki yazıcılarda, lazer yazıcılarda statik elektrikten yararlanılır.

Örnek ; Baskı teknolojisinde kullanılan yazıcılardan birinin, lazer yazıcı çalışma prensibi.

lazer yazıcı çalışma prensibi

Lazer çalışma prensibi: Yazıcı yazma komutunu aldığı zaman, metin ve grafiklerin bit bilgilerini hafızasında depo eder. Hafızadaki sayısal bilgi haritasına göre bilgilere karşılık gelen yükler lazer ışığı ile ışığa duyarlı dönen bir tambur üzerine düşürülür. Lazer ışını silindiri tarayarak basılacak alanları pozitif (+) yükle yükler. Negatif (-)  yüklü toner tozları silindir üstündeki pozitif yüklü alanlara yapışır. Daha sonra  toner tozları ısıtılmış bir silindir sayesinde kâğıda yapıştırılır. Tamburun diğer baskılar için yükleri nötrlenir (sıfırlanır). Böylece baskı tamamlanmış olur.

• Zımpara Kağıdı Üretimi

Zımpara kâğıdı üretiminde de statik elektrikten yararlanılır.

Zımpara kâğıdı üretimi

Örnek ; Zımpara kâğıdı üretimin de statik elektrikten faydalanılır. Negatif (-) yüklü ve yürüyen bandın üzerinde bir yönde hareket eden bir kâğıt bulunur. Kâğıdın yüzeyi tutkal ile kaplanmıştır. Püskürtme ağzından fırlatılan pozitif (+) yüklü zımpara tanecikleri kâğıt yüzeyindeki negatif (-) yüklü parçacıklarla birleşirler. Birleşme anında yükler nötr (+) hale geldiğinden artık kâğıt ve zımpara tozlarının ayrılması çok zor olur.

• Boyama İşleri

Boyama tabancası içerisinden geçen boya tanecikleri pozitif yükle, boyanacak yüzey ise negatif yükle yüklenir. Boya tanecikleri tabancadan püskürtüldüğü zaman  zıt yüklü boyama yüzeyine düzgün bir şekilde dağılarak yapışırlar. Böylece pürüzsüz bir boyama gerçekleştirilir. Statik elektrik ile boyama teknolojisi özellikle otomotiv endüstrisinde yaygın şekilde kullanılır.

• Baca Filtreleri

Bacalardan dışarıya atılan toz, duman türü zararlı atıklar eksi yükle yüklenir ve bacanın çıkışında pozitif yüklü filtreler tarafından tutulur. Bu zararlı atıklardan çevre kirlenmesi önlenmiş olur.

• Görüntüleme İşleri

Katot Işınlı Tüp Modeli

Kısaca tüp olarak tanımlanan CRT (Cathode Ray Tube) veya diğer bir anlatım ile katot ışınlı tüpler ile görüntüleme işleminde de statik elektrikten yararlanılır. Tüpün yüzeyi görüntünün meydana gelmesi için elektron tabancası ile yatay ve dikey olarak taranır. Bu tarama sırasında tabancadan çıkan elektronların bir sonraki satır veya bir sonraki sütuna gönderilmesi için yatay ve dikey saptırma bobinleri kullanılır. Bu bobinler statik elektrik yükleri ile yüklenir ve saptırma bu şekilde gerçekleştirilir.

Statik Elektrik Yüklerinin Ölçülmesi 

Statik elektriğin cinsi statik elektrik ölçüm cihazı elektroskop adı verilen bir tespit cihazı ile ölçülür. Bir statik elektrik ölçer elektroskop gövde, yapraklar ve bir topuzdan meydana gelir.

Elektroskop

Elektroskopun topuzuna bir yük dokundurulduğu zaman yaprakların yüklerinde değişmeler oluşur. Yapraklar  yükleri arttıkça açılır, azaldıkça da kapanır. Yapraklar yüksüz halde iken kapalı durumda dururlar. Statik elektriğin ölçümünde elektrometreler ve iki yük arasındaki potansiyel farkının ölçümünde ise elektrostatik voltmetre kullanılır.

Elektrometrelerde yük topuza dokundurulduğu zaman  yüklenen sabit ve hareketli yaprakların birbirlerini itmeleri sonucu hareketli yaprak dairesel bir dönüş yaparak gösterge çizelgesi üzerinde yükün miktarını gösterir.

Elektrostatik Voltmetre ile   Ölçüm

Elektrostatik voltmetrelerin uçlarına iki farklı yük bağlandığı zaman yük farkının miktarına bağlı olarak sapan bir ibre, gösterge çizelgesi üzerinde yüklerin potansiyel farkını gösterir.

Elektroskop yardımıyla yüklerin cinslerinin tespit edilmesinde elektroskopun yükü dikkate alınır. Elektroskopun topuzuna yaklaştırılan cismin yükü hakkında bir fikir edilir. Her belirlemeden önce yanlış sonuçlardan kaçınmak için elektroskopun yükü topraklanarak nötrlenir. Ayrıca elektroskop deneyleri statik elektriği ve davranışlarını anlamak için oldukça yararlı  bilgiler sunar.

Yüksüz bir elektroskopa yüklü bir cisim yaklaştırılırsa elektroskopun topuzu cismin yüküne zıt yükle ve yaprakları cismin yükü ile aynı yükle yüklenerek yapraklar açılır. Eğer cisim elektroskopa dokundurulursa elektroskop, cismin yükü ile yüklenerek yapraklar yine açılır.

Statik Elektrik Nasıl Önlenir?

Elektrikte kullanılan birçok yarı iletken cihaz, statik elektriğin varlığına karşı oldukça uyarlıdır, statik deşarj tarafından zarar görebilir. Antistatik kayış kullanımı, nano-cihazları manipüle etmek için kullanan araştırmacılar için önemlidir. Ek olarak, kalın kauçuk tabanlı ayakkabılar giyilerek ve kalıcı olarak metal zemin üzerinde durularak önlem alınabilir.

Statik elektriği önleme ve statik elektrik nasıl giderilir;

Statik yük birikmesinin engellenmesi ya da kaldırılması, pencereyi açmak, rutubetlendiriciyi kullanarak havanın karışım içeriğini yükseltmek ve atmosferi daha iletken yapmak kadar basit olabilir. Hava iyonlaştırıcıları ile de aynı durum gerçekleştirilebilir. Statik deşarja karşı duyarlı ögeler, aşırı miktarda yükün eşit bir vaziyette dağıtılmasını sağlayan iletken bir yüzey katmanı ekleyen antistatik madde   uygulaması ile tedavi edilebilir. Çamaşır makinelerinde ve çamaşır kurutma makinalarında kullanılan kumaş yumuşatıcıları, statik yapışmayı kaldırmak ve önlemek için kullanılan antistatik maddeye örnek gösterilebilir.

Elektronikte kullanılan birçok yarı iletken cihazlar özellikle statik deşarja karşı duyarlıdır. İletken antistatik torbalar genellikle bu gibi bileşenleri korumak için kullanılır. Bu gibi cihazları içeren çevrede çalışan insanlar  antistatik kayış ile kendilerini topraklarlar.

Boya veya un fabrikalarının yanı sıra hastanelerde de olduğu gibi endüstriyel ortamlarda, bazen zemin ile temas nedeniyle ortaya çıkan yük birikimini önlemek amacıyla antistatik güvenlikler botları kullanılmaktadır. Bu ayakkabılar, iyi iletken tabanlara sahiptir. Antistatik ayakkabılar, sağladığı yararın tam tersini sağlayan, şebeke geriliminden gelen elektrik gerilimine karşı koruyan yalıtkan olan ayakkabılar ile karıştırılmamalıdır.

• Bütün evlerde bulunan elektronik cihazları korumak için statik elektrik topraklama yapılmalıdır.
• Patlayıcı veya yanıcı madde bulunan ortamların döşemeleri antistatik malzemeler ile kaplanmalıdır.
• Patlayıcı ve yanıcı malzeme bulunan ortamlarda statik elektrik önleyici antistatik elbise, önlük, ayakkabılar giyilmelidir. Buralarda kullanılan cihaz ve makineler topraklanmalıdır.
• Patlayıcı ve yanıcı madde taşıyan araçlarda yerle teması olan zincirler veya esnek metaller bulundurulmalıdır.
• Hassas cihazların bulunduğu ortamlarda antistatik önlük, antistatik ayakkabı ve statik eldiven giyilmelidir.
• Elektronik devreler ile çalışırken statik elektrik bilekliği antistatik bileklik, antistatik giysi ve antistatik malzemeler kullanılmalıdır.
• Metal aksamı çok olan yapılara  veya yüksek binalara paratoner tesisatı kurulmalıdır.
• Nemin sakıncalı olmadığı ortamlar nemlendirilmelidir.

Cihaz ve Araçları Statik Elektriğe Karşı Topraklama

Gerekli önlemler alınmadığında statik elektrik üzücü olaylara, felaketlere sebep olabilir. Tüm elektrikli cihazlar kaçak akımlara karşı Topraklama Yönetmeliği‘ ne göre topraklanmalıdır. Topraklama nedir kısaca; cihazın metal aksamı ile (gövdesi) toprağa gömülmüş uygun büyüklük ve iletkenlikteki bir levha arasına iletken tel çekilmesi işlemidir.

Elektronikte kullanılan birçok yarı iletken cihazlar özellikle statik deşarja karşı duyarlıdır. İletken antistatik torbalar genellikle bu gibi bileşenleri korumak için kullanılır. Bu gibi cihazları içeren çevrede çalışan insanlar antistatik kayış ile kendilerini topraklarlar.

Bazı ortamlarda bir işte kullanılan ama elektrik ile çalışmayan malzeme, araç-gereçler de mevcuttur. Elektrikli-elektriksiz tüm cihazların birbirlerine iletken teller ile bağlanarak yük dengesinin sağlanması ve yüklerin toprakla irtibatlandırılması olayına statik elektriğe karşı topraklama denir. Elektrostatik topraklama ihtiyaç duyulan ortamlarda mutlaka statik elektrik topraklama yapılmalıdır.

Örnek olarak bir tankerin deposu bir makine değil, sadece bir kaptır. Bu sebeple tankerde elektriksel topraklama söz konusu değildir. Ancak tanker ve ortamda bulunan bütün cihazların bir iletkenle birbirleri ile temasları sağlanırsa birinde biriken yük anında diğerlerine de dağılacağı için ortamda bir potansiyel fark olmayacak ve statik deşarjların (yük boşalmaları) önüne geçilmiş, olası tehlikeler önlenmiş olacaktır.

Patlayıcı ve yanıcı ortamlardaki tüm makine ve cihazlar statik elektriğe karşı topraklanmalıdır. Örnek kimya  sektöründe kullanılan makineler, petrol tankerleri, gaz, benzin istasyonlarındaki pompalar statik elektriğe karşı kesinlikle topraklanmalıdır. Topraklama cihazın veya makinenin metal aksamına bağlanan bir kablonun diğer makine, cihaz vb. donanımlarla irtibatı sağlandıktan sonra toprakla irtibatlandırılması şeklinde yapılır.

Topraklama Bilekliği Kullanımı

İnsanda statik elektrik topraklama bilekliği kullanımı; Bazı elektronik devre elemanları ve cihazları çok küçük gerilimle çalışırlar. Bazen insan vücudunda binlerce volt değerinde statik elektrik birikmektedir. Bazı cihaz veya elemanlarla temas edildiğinde vücuttaki statik elektrik, yüksek voltaj cihaz veya elemanların devrelerinde anlık veya kalıcı bozulmalar oluşturur. Örneğin, önlem almadan bilgisayar kasası açılıp devrelere dokunulduğunda bazı elemanlar zarar görebilir ve bir daha çalışmayabilir. Bu sebeple statik elektriğin zararlı olduğu ortamlarda alınan önlemlerin yanında topraklama bilekliği kullanılmalıdır.

İnsan vücudundaki elektrik deşarj edilirken, statik elektrik çarpmasına karşı topraklama bilekliği kullanılır. Topraklama bilekliği, bileğe takıldıktan sonra, bir ucu bileklikte olan topraklama kablosunun diğer ucunu da çalışılacak daha önce toprakla bağlantısı yapılmış olan malzemeye bağlanmalıdır. Vücuttaki statik elektrik boşaltma ve rahat çalışmak için bilekliği daima az kullanılan bileğe takmak yararlıdır.