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Apr 02, 2023

Redução da Eletricidade Estática

O professor associado Neils Jonassen é autor de uma coluna estática bimestral que

O professor associado Neils Jonassen escreveu uma coluna estática bimestral que apareceu na revista Compliance Engineering. A série explorou carregamento, ionização, explosões e outros tópicos relacionados a ESD. A ESD Association, trabalhando com a In Compliance Magazine, está republicando esta série, pois os artigos oferecem uma visão atemporal do campo da eletrostática.

O professor Jonassen foi membro da Associação ESD de 1983 a 2006. Ele recebeu o Prêmio de Contribuição Extraordinária da ESD Association em 1989 e é autor de artigos técnicos, livros e relatórios técnicos. Ele é lembrado por suas contribuições para a compreensão do controle eletrostático e, em sua memória, repetimos "Mr. Static".

~ Associação ESD

Reimpresso com permissão de: Compliance Engineering Magazine, Mr. Static Column Copyright © UBM Cannon

Os efeitos nocivos das cargas estáticas nos isoladores podem ser reduzidos ou mesmo anulados.

A primeira desta série de duas partes ("Abatement of Static Electricity – Part I: Conductors," In Compliance Magazine, junho de 2013) cobriu a redução de cargas estáticas em condutores. Esta segunda parcela aborda as cargas nos isoladores, que devem ser neutralizadas de forma diferente das cargas nos condutores.

Em princípio, existem três métodos para neutralizar cargas em isoladores: condutância através da massa do material, condutância ao longo da superfície do material e atração de íons de cargas opostas do ar.

Condutância em massa

Se um material contém portadores de carga móveis, diz-se que ele é condutor em massa. Se uma intensidade de campo E no material libera uma densidade de corrente j, a condutividade aparente g do material é definida por

j = γE (1)

ou, como geralmente é escrito,

E = ρj (2)

onde r = 1/γ é a resistividade aparente. Essas equações são formas da lei de Ohm. Parece da Equação 2 que a unidade para r é (V/m)/(A/m2) = Ω ∙ m.

A Figura 1 mostra um material, A, com resistividade aparente ρ e permissividade relativa εr. "A" está em repouso sobre uma placa aterrada, G. Se A é carregado com uma densidade de carga superficial σ, um campo E é estabelecido em A e é direcionado para G. Supõe-se que todas as linhas de campo (o fluxo elétrico total) da carga que passa por A (ou seja, o campo fora de A é desprezível). Este campo faz com que os portadores de carga positiva se movam em direção a G e os portadores de carga negativa se movam em direção à superfície de A, acabando por neutralizar o campo da carga original.

Figura 1: O material A tem resistividade bruta r e permissividade relativa εr.

A densidade de carga σ parece decair através do material A de acordo com a equação

(3)

onde assim é a densidade de carga inicial,

t = mês, (4)

é a constante de tempo, com εo = 8,85 × 10–12 F ∙ m–1. Portanto, é possível, a partir da medição dos parâmetros do material r e er, prever a rapidez com que uma carga de superfície está sendo neutralizada. A questão é, então, como tornar os isoladores condutivos.

Isoladores condutores a granel

É contraditório falar em transportar cargas através de um isolante. Se isso fosse possível, o material não seria realmente isolante. Ao longo dos anos, muitas tentativas foram feitas para dar aos materiais isolantes uma condutividade adequada sem arruinar suas outras propriedades desejáveis ​​(geralmente mecânicas). Normalmente, isso é feito misturando o material com aditivos inerentemente condutores. O exemplo mais conhecido de um agente antiestático intrínseco é o negro de fumo. O negro de fumo pode ser adicionado a uma variedade de materiais poliméricos e é usado quando o escurecimento resultante do material de base é aceitável.

Por muitos anos, a área de uso mais importante para o negro de fumo foi a borracha condutiva. A borracha vulcanizada comum pode ter uma resistividade aparente de 1013 Ω ∙ m, mas a adição de negro de fumo pode diminuir a resistividade em um fator de até 1015. Normalmente, no entanto, uma resistividade de cerca de 105–106 Ω ∙ m é baixa o suficiente para evitar danos perigosos ou acumulações de carga irritantes.