정전기

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정전기

정전기 발생은 주로 2개의 물체와 접촉할 때 본래 전기적으로 중성 상태에 있는 물체에서 정(+)또는 부(-)로 극성 전하가 과잉되는 현상이다. 이 과잉현상을 정전기라 하고 발생한 정전기가 물체강에 출전이 되는것을 대전이라 한다

정전기는 전기집진기, 정전복사기, 정전도장기 등 실생활에 유용하게 사용되기도 한다

전격에 의한 스파크, 전자회로의 파손, 화재 및 폭발의 원인이 될 수 있으므로 발생 및 재해에 주의해야 한다

정전기의 발생 메커니즘

1)일함수와 전하분리

일함수
물질 내부의 자유전자는 물체에 빛, 열, 마찰 등 외부에서 물리적 힘을 가하면, 이 자유전자는 입자 외부로 방출되는데 이때 필요한 에너지를 일함수러 한다

전하분리
전하의 이동으로 일함수가 높은 표면은 +로, 낮은 금속표면은 – 로 대전하여 전기 2중층을 형성하여 전하가 분리되는 상태

2)정전기의 발생 영향요소

물체의 특성

정전기 발생은 대전서열 중에서 가까운 위치에 있으면 작고, 멀리 있으면 크다

물체의 표면 상태

표면이 거칠면 정전기 발생이 쉽고 수분 및 기름 등에 오염되었거나 부식 시에도 정전기 발생에 영향을 준다.

물체의 이력

정전기 발생에는 처음에 접촉 및 분리가 일어날때 최고가 되고 접촉 및 분리가 반복됨에 따라 적어진다.

접촉면적 및 접촉압력

접촉면적이 크고 압력이 크면 정전기 발생이 커진다.

분리속도

분리속도가 커지면 전하분리에 주어지는 에너지가 커져서 정전기 발생이 커지는 경향이 있다

3)정전기 대전현상(=원인)

마찰대전
물체에 마찰할 때 일어나는 대전현상

박리현상
접촉되어 있는 물체가 벗겨질 때 전하분리가 일어나는 현상

유도대전
대전물체 가까이에 전열체가 있을 때 정전유도를 받아 대전물체와 반대의 극성이 절연체에 나타나는 현상

분출대전
액체류, 분체류가 단면적이 작은 개구부에서 분출될 때에 마찰력에 의하여 발생하는 정전기

저하대전
고체표면에 부착되어 있는 액체류가 비산해서 분리되고 많은 물방울이 될때에 새로운 표면을 형성하여 정전기 발생

침강대전

충돌대전
액체, 분체가 충돌할 때 빠르게 접촉 분리되면서 일어나는 정전기

비말대전
비말(물보라)은 공간에 분출할 액체류가 비산해서 분리되고 많은 물방울로 될 때 새로운 표면을 형성하여 정전기 발생

유동대전
액체가 파이프 내에서 이동할 때 발생하는 정전기

4)대전에 따른 물리적인 현상

역학현상
- 전하 분리에 의해서 물체가 대전하면 여러 형태의 역학현상이 나타난다
- 정전기의 전기적 작용인 쿨롱의 법칙 힘에 의하여 대전물체 주위에있는 먼지 종이조각 등 가벼운 물체를 끌어 붙이거나 반발한다. 이를 번지스타인 효과라 한다.

\[F=\frac{q_1\times q_2}{4\pi \epsilon_0 r^2}=9\times 10^9\times\frac{q_1\times q_2}{r^2}[N]\]

방전현상
- 전하분리에 의해 정전기가 발생하면 그 주위의 매질 중에 전계가 형성되는데 전계의 크기는 전하의 축적에 의하여 더불어 상승한다.
- 한계값에 도달하면 매질은 전기에 의해 절연성을 잃고 도전성을 잃고 도전성이 도어 중화되기 시작한다
- 이 현상을 방전현상이라 하고 빛과 소리를 수반한다.

정전유도 현상
대전물체 가까이에 절연된 도체가 있으면 절연도체의 표면상에 대전물체의 전하와 반대 극성의 전하가 나타나는 현상

5)정전기의 방전현상

불꽃방전
- 방전거리가 짧고 평등전계에 가까울 경우 절연이 파괴되어 방전하는 것을 불꽃방전이라 한다
- 전극사이의 한점에서 전계강도가 공기의 절연내력인 3[]의 값일때 방전

코로나 방전
- 대전물체 가까이에 곡률반경 1~2[]이라의 도체가 있을 때 일어나는 국부방전
- 미약한 발광과 파괴음을 수반

스트리머 방전
- 기체방전에서 방전로가 긴 줄을 형성하면서 방전하는 현상으로 번개와 같이 수지모양의 발광을 한다
- 미약한 발광과 파괴음을 수반

연면방전
- 도체에 밀착한 수[]이하의 앏은 필름 시트등이 매우 강한 상태가 되는 조건일 때 발생

정전기 재해 및 장해

1)전격의 원인

근육의 급격한 수축 등의 신체적 손상
전격에 의하여 신체 균형을 잃고 높은 장소에서 추락, 전도 등 2차적 재해
전격에 의한 공포감, 불안감 유발

2)전자기기 등의 오동작 및 파손의 원인

정전기에 의한 전력기기 등의 오동작 발생
정전기에 의한 전력기기의 반도체의 파손 발생

3)폭발(화재)의 원인

가연성 물질이 공기 등과 혼합해서 폭발한계 내에 있을 때 화재 및 폭발이 발생할 수 있다.

정전기 방지대책

1)도체의 대전 방지대책

접지 및 본딩
- 접지는 발생한 전기를 대지로 누설시켜 물체에 정전기가 축적되는 것을 방지하는 것
- 접지저항은 1*10^6 이하이면 족하나 실제 적용는 100[]이하로 접지가 가능

배관 내 유속의 제한
정전기의 대전량은 유속의 1.75승에 비례하므로 저장탱크 주입구의 주입속도는 1[]이하이어야 한다

정치시간
정치시간이란 도체에 대전된 전하량이 자연적으로 방전하는 시간을 말하며, 대전방지효과와 직접적인 연관이 있다.

2)부도체의 대전방지

가습
공기 중의 상대습도를 높여 65~70% 정도면 물체 표면의 흡수량이 증가하여 전기전도의 향상으로 전하의 소멸이 쉬워진다.

대전방지제 이용
대전방지제를 바르거나 내부에 혼입하면 표면에 이온성을 가져와 대전방지효과가 있다

제전기에 의한 대전방지
- 전압인가식 제전지 : 7000V의 고전압에 의한 이온발생으로 정전기를 중화
- 자기방전식 제전기 : 제전대상 물체에 정전에너지를 이용하여 제전에 필요한 이온을 발생시켜 중화
- 발사선식 제전기 : 방사선 동위원소등으로 부터 나오는 방사선의 전계작용을 이용하여 제전에 필요한 이온 생성

3)인체의 대전방지

대전방지화
- 구두 바닥의 저항률을 낮추어 인테에서 발생하는 정전기를 방전
- 정전기 방지용 신발 규격
  - 1종- 1[M옴]~1[G옴] 착화에너지가 0.1[mJ]이상인곳 : 메탄 프로판)
  - 2종 – 100[k옴]~10[M옴](착화에너지가 0.1[mJ]이하 : 수소 아세틸렌 취급)
- 대전된 정전기가 제전사를 통해 도전성 고무(신발바닥)을 거쳐 근본적으로 그라운드 된 철판위에 사람이 있을 때 신체에 정전기가 방전됨

대전방지 작업복
화학섬유 중간에 일정한 간격으로 도전성 섬유를 짜 넣은 것으로 폭발위험 분의기 장소에 이용

손목접지대
손목에 가요성이 있는 밴드를 차고, 밴드는 도선을 이용하여 접지선에 연결하여 제전하는 방식

★ 정전기
정전기
제전기
과도 불안정의 발생원인과 영향