Содержание

Как снять электростатическое напряжение. Статическое электричество и защита от него

В повседневной жизни, почти всегда, человек не обращает внимания на такое явление, как статическое электричество в квартире. Однако оно может доставить достаточное количество мелких неприятностей и создать определенный дискомфорт. В таких случаях возникает ощущение прилипания одежды к телу, на голове могут встать волосы после снятия шерстяного головного убора. Рубашка из шелка, при снятии, слегка потрескивает и светится в темноте. Это и есть проявления статического электричества.

Причины появления статического электричества

Это явление можно легко устранить, но, вначале, необходимо выяснить, что же это такое – и каковы причины его появления.

Поверхности материалов, не проводящих электрический ток, накапливают в себе электрические заряды, в которых отсутствует поток электронов. Поэтому такое электричество и называют статическим. Чтобы вызвать эффект стат. электричества, необходимо два материала, не проводящих электрический ток.

В каждом материале есть один положительный заряд и один электрон с отрицательным зарядом. При трении этих материалов между собой, электроны переносятся с одного материала на другой, вызывая, таким образом, явление статического электричества. Его физические проявления заключаются в появлении небольших искр, могут отталкиваться или притягиваться относительно друг друга.

Устранение статического электричества

Наиболее часто статическое электричество возникает в волосах. Наиболее проблематичными являются прямые и жирные волосы. И здесь, в первую очередь, используются различные кондиционеры для волос. Их основное действие направлено на кончики. Также существуют специальные лосьоны, муссы, гели и лаки. Эти средства наносятся непосредственно на волосы, а не на кожу головы. Стат. электричество можно снять распылением воды или лаком для волос. Самое главное – сохранять волосы в чистоте, но не пересушивать их.

Немного реже образуется на предметах одежды. Чаще всего его снимают с помощью мягкой ткани.

При стирке применяется специальный кондиционер для белья. Перед полосканием в стиральную машину добавляют половину стакана уксуса. Вещи из шерсти, нейлона и других синтетических тканей помещают в сушилку. Чтобы одежда не цеплялась к телу, используется увлажнитель. Для того, чтобы это избежать, следует пользоваться одеждой из хлопчатобумажных тканей, которую нужно носить между телом и одеждой из синтетики.

Убрать статическое электричество в квартире не представляет особой сложности. В большинстве случаев его появление вызвано сухими условиями, поэтому необходимо следить за влажностью воздуха. Периодически должен использоваться увлажнитель воздуха. Над мебелью и коврами применяется специальный антистатический спрей. По возможности уменьшить количество ковровых покрытий, изготовленных на основе синтетики, заменив их на природные материалы.

Когда человек обладает искрометным юмором, к нему тянутся окружающие. А когда искры буквально сыпятся с его рук, волос и одежды, то все стараются отсесть куда подальше. Ведь кому хочется получить «дружеский» удар током? Виновник этого недоразумения – статическое электричество. А перестать отпугивать людей в транспорте и громко ругаться после очередного «разряда» помогут вот эти 8 хитростей. Они уберут статику с вещей всерьез и надолго.

Электричество в каждом доме и «мирный» ток – одно из главных достижений человечества. Чего не скажешь об электричестве статическом, хотя это – дело житейское и вполне естественное. Переизбыток электронов-переносчиков заряда зачастую случается из-за сильного трения. К примеру, между синтетической тканью и вашими волосами. Надоело постоянно бить окружающих током? Тогда вот, чем можно усмирить статическое электричество.

1. Сушите натуральные и синтетические ткани отдельно друг от друга

Сами по себе волокна натурального происхождения (особенно, хлопок) накапливают электрический заряд не столь активно. Этим «грешит» синтетика. Но при тесном контакте натуральной ткани и синтетической последняя может заряжаться. Так что лучше сушить их отдельно и только естественным способом.

2. Используйте шарик из алюминиевой фольги при стирке

Просто закиньте его в барабан перед стиркой. Металл нейтрализует электроны-переносчики электрического тока. Но ни в коем случае не кидайте фольгу в автоматическую «сушилку».

3. Всегда используйте смягчающий кондиционер для стирки

Это средство не только делает любимый свитер мягким и пушистым, но также уменьшает трение волокон во время стирки. Что является самой распространённой причиной бесконечной «стрельбы током».

4. Кондиционер можно использовать и на сухих вещах

Из него получится отличный спрей-антистатик собственного приготовления. Для этого на четверить стакана тёплой воды добавьте половину столовой ложки кондиционера, размешайте и залейте во флакон с пульверизатором. Просто немного сбрызните «колючие» вещи снаружи и с изнанки. Это снизит трение и усмирит статику.

5. Лак для волос в качестве антистатика

Удерживая флакон на расстоянии 20-30 см, обработайте подкладку синтетический вещей. Кстати, этот метод хорошо справляется с «заряженными» капроновыми колготками.

6. Используйте металлические вешалки

Они «примут удар на себя» и статическое электричество оставит ваши вещи в покое. Особенно, если немного потереть одежду о вешалку.

7. Металлическая булавка или мелочь

Металл – просто рыцарь-спаситель вещей от злого статического электричества. Приколите булавку с изнанки самой «опасной» одежды: она послужит своеобразным громоотводом и снимет статику с ткани. Кстати, с этой же целью не лишним будет всегда носить в кармане пару монет.

8. Порадуйте свою кожу лосьоном или кремом

При чем тут электричество? А при том, что трение ткани о сухую кожу куда сильнее, чем о хорошо увлажнённую. Чем не лишний повод поухаживать за собой?

Кстати, жёсткая вода только усугубляет ситуацию со статикой. А потому вот инструкция, и заменить им половину бытовой химии в доме .

Повседневная деятельность любого человека связана с его перемещением в пространстве. При этом он не только ходит пешком, но и ездит на транспорте.

Во время любого движения происходит перераспределение статических зарядов, изменяющих баланс внутреннего равновесия между атомами и электронами каждого вещества. Он связан с процессом электризации, образованием статического электричества.

У твердых тел распределение зарядов происходит за счет перемещения электронов, а у жидких и газообразных – как электронов, так и заряженных ионов. Все они в комплексе создают разность потенциалов.

Причины образования статического электричества

Наиболее распространенные примеры проявления сил статики объясняют в школе на первых уроках физики, когда натирают стеклянные и эбонитовые палочки о шерстяную ткань и демонстрируют притяжение к ним мелких кусочков бумаги.

Также известен опыт по отклонению тонкой струи воды под действием статических зарядов, сконцентрированных на эбонитовом стержне.

В быту статическое электричество проявляется чаще всего:

    при ношении шерстяной или синтетической одежды;

    хождении в обуви с резиновой подошвой или в шерстяных носках по коврам и линолеуму;

    пользовании пластиковыми предметами.


Ситуацию усугубляют:

    сухой воздух внутри помещений;

    железобетонные стены, из которых выполнены многоэтажные здания.

Как создается статический заряд

Обычно физическое тело содержит в себе равное количество положительных и отрицательных частиц, за счет чего в нем создан баланс, обеспечивающий его нейтральное состояние. Когда оно нарушается, то тело приобретает электрический заряд определённого знака.

Под статикой подразумевают состояние покоя, когда тело не движется. Внутри его вещества может происходить поляризация – перемещение зарядов с одной части на другую или перенос их с рядом расположенного предмета.

Электризация веществ происходит за счет приобретения, удаления или разделения зарядов при:

    взаимодействии материалов за счет сил трения или вращения;

    резком температурном перепаде;

    облучении различными способами;

    разделении или разрезании физических тел.

Распределяются по поверхности предмета или на удалении от нее в несколько междуатомных расстояний.

У незаземленных тел они распространяются по площади контактного слоя, а у подключенных к контуру земли стекают на него.

Приобретение статических зарядов телом и их стекание происходит одновременно. Электризация обеспечивается тогда, когда тело получает бо́льший потенциал энергии, чем расходует во внешнюю среду.

Из этого положения вытекает практический вывод: для защиты тела от статического электричества необходимо с него отводить приобретаемые заряды на контур земли.

Способы оценки статического электричества

Физические вещества по способности образовывать электрические заряды разных знаков при взаимодействии трением с другими телами, характеризуют по шкале трибоэлектрического эффекта. Часть их показана на картинке.


В качестве примера их взаимодействия можно привести следующие факты:

    хождение в шерстяных носках или обуви с резиновой подошвой по сухому ковру может зарядить человеческое тело до 5÷-6 кВ;

    корпус автомобиля, едущего по сухой дороге, приобретает потенциал до 10 кВ;

    ремень привода, вращающий шкив, заряжается до 25 кВ.

Как видим, потенциал статического электричества достигает очень больших величин даже в бытовых условиях. Но он не причиняет нам большого вреда потому, что не обладает высокой мощностью, а его разряд проходит через высокое сопротивление контактных площадок и измеряется в долях миллиампера или чуть больше.

К тому же его значительно уменьшает влажность воздуха. Ее влияние на величину напряжения тела при контакте с различными материалами показано на графике.


Из его анализа следует вывод: во влажной среде статическое электричество проявляется меньше. Поэтому для борьбы с ним используют различные увлажнители воздуха.

В природе статическое электричество может достигать огромных величин. При перемещении облаков на дальние расстояния между ними скапливаются значительные потенциалы, которые проявляются молниями, энергии которых бывает достаточно для того, чтобы расколоть вдоль ствола вековое дерево или сжечь жилое здание.

При разряде статического электричества в быту мы чувствуем «пощипывания» пальцев, видим искры, исходящие от шерстяных вещей, ощущаем снижение бодрости, работоспособности. Ток, действию которого подвергается наш организм в быту, отрицательно сказывается на самочувствии, состоянии нервной системы, но он не приносит явных, видимых повреждений.

Производители измерительного промышленного оборудования выпускают приборы, позволяющие точно определить величину напряжения накопленных статических зарядов как на корпусах оборудования, так и на теле человека.


Как защититься от действия статического электричества в быту

Каждый из нас должен понимать процессы, которые образуют статические разряды, представляющие угрозу для нашего организма. Их следует знать и ограничивать. С этой целью проводятся различные обучающие мероприятия, включая популярные телепередачи для населения.


На них доступными средствами показываются способы создания статического напряжения, принципы его замера и методы выполнения профилактических мероприятий.

Например, учитывая трибоэлектрический эффект, лучше всего для расчесывания волос использовать расчески из натурального дерева, а не металла или пластика, как делает большинство людей. Древесина обладает нейтральными свойствами и при трении по волосам не образует заряды.


Для снятия статического потенциала с корпуса автомобиля при его движении по сухой дороге служат специальные ленты с антистатиком, крепящиеся к днищу. Различные их виды широко представлены в продаже.


Если такой защиты на автомобиле нет, то потенциал напряжения можно снимать кратковременным заземлением корпуса через металлический предмет, например, ключ зажигания автомобиля. Особенно важно выполнять эту процедуру перед заправкой топливом.

Когда на одежде из синтетических материлов накапливается статический заряд, то снять его можно обработкой паров из специального баллончика с составом «Антистатика». А вообще лучше меньше пользоваться подобными тканями и носить натуральные материалы из льна или хлопка.

Обувь с прорезиненной подошвой тоже споосбствует накапливанию зарядов. Достаточно положить в нее антистатические стельки из натуральных материалов, как вредное воздействие на организм будет снижено.

Влияние сухого воздуха, характерного для городских квартир в зимнее время, уже обговорено. Специальные увлажнители или даже небольшие куски смоченной материи, положенные на бытарею, улучшают обстановку, снижают процесс образования статического электричества. А вот регулярное выполнение влажной уборки в помещениях позволяет своевременно удалять наэлектризованные частички и пыль. Это один из лучших способов защиты.

Бытовые электрические приборы при работе тоже накапливают на корпусе статические заряды. Снижать их воздействие призвана система уравнивания потенциалов, подключаемая к общему контуру заземления здания. Даже простая акрилловая ванна или старая чугунная конструкция с такой же вставкой подвержена статике и требует защиты подобным способом.

Как выполняется защита от действия статического электричества на производстве

Факторы, снижающие работоспособность электронного оборудования

Разряды, возникающе при изготовлении полупроводниковых материалов, способны причинить большой вред, нарущить электрические характеристики приборов или вообще вывести их из строя.

В условиях производства разряд может носить случайный характер и зависеть от ряда различных факторов:

    величин образовавшейся емкости;

    энергии потенциала;

    электрического сопротивления контактов;

    вида переходных процессов;

    других случайностей.

При этом в начальный момент порядка десяти наносекунд происходит возрастание тока разряда до максимума, а затем он снижается в течение 100÷300 нс.

Характер возникновения статического разряда на полупроводниковый прибор через тело оператора показан на картинке.

На величину тока оказывают влияние: емкость заряда, накопленного человеком, сопротивление его тела и контактных площадок.

При производстве электротехнического оборудования статический разряд может создаться и без участия оператора за счет образования контактов через заземленные поверхности.

В этом случае на ток разряда влияет емкость заряда, накопленная корпусом прибора и сопротивление образовавшихся контактных площадок. При этом на полупроводник в первоначальный момент одновременно влияют наведенный потенциал высокого напряжения и разрядный ток.

За счет такого комплексного воздействия повреждения могут быть:

1. явными, когда работоспособность элементов уменьшена до такой степени, что они становятся непригодными к эксплуатации;

2. скрытыми – за счет снижения выходных параметров, иногда даже укладывающихся в рамки установленных заводских характеристик.

Второй вид неисправностей обнаружить сложно: они сказываются чаще всего потерей работоспособности во время эксплуатации.

Пример подобного повреждения от действия высокого напряжения статики демонстрируют графики отклонения вольт амперных характеристик применительно к диоду КД522Д и интегральной микросхеме БИС КР1005ВИ1.


Коричневая линия под цифрой 1 показывает параметры полупроводниковых приборов до испытаний повышенным напряжением, а кривые с номером 2 и 3 – их снижение под действием увеличенного наведенного потенциала. В случае №3 оно имеет большее воздействие.

Причинами повреждений могут быть действия от:

    завышенного наведенного напряжения, которое пробивает слой диэлектрика полупроводниковых приборов или нарушает структуру кристалла;

    высокой плотности протекающего тока, вызывающей большую температуру, приводящую к расплавлению материалов и прожигу оксидного слоя;

    испытания, электротермотренировки.

Скрытые повреждения могут сказаться на работоспособности не сразу, а через несколько месяцев или даже лет эксплуатации.

Способы выполнения защит от статического электричества на производстве

В зависимости от типа промышленного оборудования используют один из следующих методов сохранения работоспособности или их сочетания:

1. исключение образования электростатических зарядов;

2. блокирование их попадания на рабочее место;

3. повышение стойкости приборов и комплектующих приспособлений к действию разрядов.

Способы №1 и №2 позволяют выполнять защиту большой группы различных приборов в комплексе, а №3 – используется для отдельных устройств.

Высокая эффективность сохранения работоспособности оборудования достигается помещением его внутрь клетки Фарадея – огражденного со всех сторон пространства мелкоячеистой металлической сеткой, подключенной к контуру заземления. Внутри нее не проникают внешние электрические поля, а статическое магнитное – присутствует.

По этому принципу работают кабели с экранированной оболочкой.

Защиты от статики классифицируют по принципам исполнения на:

    физико-механические;

    химические;

    конструкционно-технологические.

Первые два способа позволяют предотвратить или уменьшить процесс образования статических зарядов и увеличить скорость их стекания. Третий прием защищает приборы от воздействия зарядов, но он не влияет на их сток.

Улучшить стекание разрядов можно за счет:

    создания коронирования;

    повышения проводимости материалов, на которых накапливаются заряды.

Решают эти вопросы:

    ионизацией воздуха;

    повышением рабочих поверхностей;

    подбором материалов с лучшей объемной проводимостью.

За счет их реализации создают подготовленные заранее магистрали для стекания статических зарядов на контур заземления, исключения их попадания на рабочие элементы приборов. При этом учитывают, что общее электрическое сопротивление созданного пути не должно превышать 10 Ом.

Если материалы обладают большим сопротивлением, то защиту выполняют другими способами. Иначе на поверхности начинают скапливаться заряды, которые могут разрядиться при контакте с землей.

Пример выполнения комплексной электростатической защиты рабочего места для оператора, занимающегося обслуживанием и наладкой электронных приборов, показан на картинке.


Поверхность стола через соединительный проводник и токопроводящий коврик подключена к контуру заземления с помощью специальных клемм. Оператор работает в специальной одежде, носит обувь с токопроводящей подошвой и сидит на стуле со специальным сидением. Все эти мероприятия позволяют качественно отводить скапливающиеся заряды на землю.

Работающие ионизаторы воздуха регулируют влажность, снижают потенциал статического электричества. При их использовании учитывают, что повышенное содержание паров воды в воздухе отрицательно влияет на здоровье людей. Поэтому ее стараются поддерживать на уровне порядка 40%.

Также эффективным способом может быть регулярное проветривание помещения или использование в нем системы вентиляции, когда воздух проходит через фильтры, ионизируется и смешивается, обеспечивая таким образом нейтрализацию возникающих зарядов.

Для снижения потенциала, накапливаемого телом человеком, могут применяться браслеты, дополняющие комплект антистатической одежды и обуви. Они состоят из токопроводящей полосы, которая крепится на руке с помощью пряжки. Последняя подключена к проводу заземления.

При этом способе ограничивают ток, протекающий через человеческий организм. Его величина не должна превышать один миллиампер. Бо́льшие значения могут причинять боль и создавать электротравмы.

Во время стекания заряда на землю важно обеспечить скорость его ухода за одну секунду. С этой целью применяют покрытия пола с малым электрическим сопротивлением.

При работе с полупроводниковыми платами и электронными блоками защита от повреждения статическим электричеством обеспечивается также:

    принудительным шунтированием выводов электронных плат и блоков во время проверок;

    использованием инструмента и паяльников с заземлёнными рабочими головками.

Емкости с легковоспламеняющимися жидкостями, расположенные на транспорте, заземляются с помощью металлической цепи. Даже фюзеляж самолета снабжается металлическими тросиками, которые при посадке работают защитой от статического электричества.

Статическое электричество представляет собой избыток свободных электронов, упорядоченное движение которых образует ток. Неприятный щелчок при касании к дверной ручке, одежде или машине раз в жизни испытывает хоть один человек.

Это малоприятное чувство везде преследует: в доме, в транспорте, при расчесывании волос и при соприкосновении тела с одеждой.

Статическое электричество – не безопасно, поэтому у многих возникает вопрос, как убрать статическое электричество с одежды?

Трение создает электрический заряд, что может привести к потрескиванию одежды при прикасании к ней. Зимой оно накапливается быстрее, чем летом. Это связано с низкой влажностью.

Также помимо этого, существуют некоторые ткани, которые быстро создают электрический заряд, такие как полиамид, акрил и шерсть.

Действенные способы, предотвращающие появление заряда на ткани:

  1. Металлические плечики. Чтобы вещь не электризовалась перед надеванием шелковой рубашки повесьте ее на некоторое время на тремпель для одежды. Металл разряжает электричество. Этот трюк особенно хорошо работает с нежными тканями.
  2. Английская булавка. Поместите во внутренний шов или карман металлическую булавку. Она будет собирать электрический заряд.
  3. Измените обувь. Кожаная обувь не накапливает заряд, как и резиновая подошва.
  4. Ткань. Не носите . Натуральный материал поглощает влагу, за счет чего ткань не накапливает заряды.
  5. Кондиционер для белья. Такие средства дают не только прекрасный аромат одежде, но и содержат вещества, которые предотвращают электризацию.

Статическое электричество не будет возникать, если правильно сушить одежду после стирки. Чтобы вещь не электризовалась лучше вывешивать белье на воздухе.

Если используется машинная сушка, воспользуйтесь следующими советами:

  1. В сушилку помещают один или два теннисных шарика. Они помогают предотвратить сильное трение между одеждой и барабаном, что приводит к уменьшению статического электричества.
  2. Перед сушкой вещей поместите в машинку влажную салфетку. Это способ увлажнит воздух внутри и электричество не будет так сильно скапливаться.

Такими простыми методами можно избавиться от электризации в домашних условиях.


Эффективные методы

Статическое электричество лучше удалять народными средствами. Поберегите одежду от химических средств, которые могут испортить изделие.

Смочите руки водой и проведите ими по изделию

Данный способ самый дешевый, быстрый и доступный. Вода есть в доме у каждого, и это идеальный метод убрать статику с вещей. Смочите руки водой и проведите по одежде.

Такой метод отлично подходит для плотных тканей. На деликатных материалах могут остаться неприятные влажные кляксы.

Используйте спрей

Помогает побороть статическое электричество. Ассортимент в магазине: Лира, Domo, ЛАНА, ТОТО, Touch of Silk, Водный спрей-антистатик без запаха для текстильных изделий.


Как снимают статическое электричество с одежды антистатиком:

  1. После стирки следует ополоснуть белье прохладной лимонной водой.
  2. Затем на свежем воздухе.
  3. Перед ноской антистатик распыляют на одежду.

Такие спрей — средства могут быть двух видов: с этиловым спиртом и на водной основе.

Первый вид антистатика следует использовать в хорошо проветриваемом помещении, кроме того, после его нанесения вещи не очень приятно пахнут и даже качественный парфюм не замаскируют запах спирта.

Антистатики на водной основе содержат поверхностно-активные вещества. Они безопасны для здоровья и приятно пахнут.

Перед использованием любого средства необходимо сделать проверку на теле. На чувствительной коже может появиться раздражение.

Лак для волос не только позволяет прическе не испортиться в течение нескольких часов, он также является быстрым и эффективным решением удаления разряда статического электричества с одежды.

Избавляемся от статики:

  • перед применением лака выверните одежду наизнанку;
  • распыляйте на расстоянии 30 см;
  • обработайте материал повторно после надевания.

Лак для волос быстро уберет статистическое электричество. Данный способ отлично подходит, если вещь понадобилась срочно. Его можно использовать перед самым выходом, но не забудьте дождаться высыхания.


Крем

Обычный крем для рук поможет справиться с проблемой. Его наносят тонким слоем на все тело.

Крем увлажняет, создавая пленку и предотвращает трение. Таким же образом можно использовать кусковое мыло.

Обычная пищевая сода или уксус

Пищевую соду насыпают при стирке прямо в барабан. Достаточно ¼ части стакана на 2 кг вещей.

Сода образует на вещах временный защитный слой, который мешает образованию тока. А также она отлично выводит пятна.

Уксус добавляют после цикла стирки. Необходимо налить 50 мл белого уксуса и включить режим полоскания. Он работает аналогично соде.

Опытные хозяйки советуют перемешать уксус и соду в пропорции – 6:1. Средство используют при полоскании одежды, достаточно ½ чашки. Данный раствор также смягчает ткань и дезодорирует.


Хлопковая тряпочка

Снимайте статическое электричество с помощью хлопка. В одежду, которая сильно электризуется помещают небольшой лоскуток такой ткани.

Можно вшить хлопковую тряпочку в карман или на другой незаметный участок изделия.

Если электрический заряд на теле образуется из-за обуви, в них вставляют хлопчатобумажные стельки. Продают их на рынке или вырезают самостоятельно. Более статика возникать не будет.

Лосьон для тела

Перед надеванием одежды протрите тело лосьоном. Данный метод особенно хорошо убирает статику с шелковых рубашек.

Лосьон увлажняет тело, а влажность необходима для предотвращения электризации.

Деликатные ткани можно испортить, если обрызгать с пульверизатора, но если нанести увлажняющее средство на тело, вещь останется в прежнем виде и исчезнет статика.


Морозильник

Морозильная камера – отличное средство против статики.

Как же избавиться от статического электричества на одежде таким способом? Поместите вещь в морозильник на полчаса. Мороз разряжает статическое электричество.

Распыление кондиционера

Кондиционер для белья можно использовать не только во время стирки, но и после нее.

Домашний антистатик – это отличная палочка-выручалочка, если под рукой не оказалось фабричного экземпляра.

Способ приготовления домашнего антистатика с кондиционером для белья:

  • в распылительную бутылку наливают ¼ стакана воды;
  • добавляют ½ ст. л. смягчителя ткани;
  • хорошо закрывают бутылку и встряхивают.

Полученное средство распыляют поверх одежды. Можно использовать для мебели и домашнего текстиля в квартире.


Эфирные масла

Избавиться от статики помогают эфирные масла. Их можно наносить на волосы, распылять по квартире или сбрызгивать одежду.

Убираем статику маслами:

  • понадобится ¼ стакана воды и 2 капли лавандового масла;
  • смешивают компоненты в распылительной бутылке, наносят на электризующуюся вещь.

Данное средство оправдывает себя на 100%. Кроме того, масляные антистатики придают одежде приятный запах.

Избавиться от статического прилипания легко и просто. Чтобы снять электрический заряд с одежды необходимо сделать выбор в пользу одного из способов.

Проект по окружающему миру “Статическое электричество”

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов № 1 г. Воронежа

Проект-исследование на тему: «Чудеса статического электричества»

выполнила ученица 2 «Д» класса

МБОУ СОШ № 1 с УИОП

Дробышева Олеся

Руководитель проекта: Коробова В.Т.

г. Воронеж, 2018 г.

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ..……………………………………………………………….. ..3

  1. Теоретическая часть

    1. Из истории изучения электричества.………………………… ..5

    2. Что такое электрон……………………………………………….5

    3. Статическое, или «липкое», электричество.…………………..6

  1. Практическая часть: опыты со статическим электричеством……….7

  1. Актуальность темы, или практическая полезность статического электричества……………………………………………………………9

  1. Всегда ли удобно и полезно статическое электричество…………. .10

    1. Как уменьшить влияние статического электричества на человека……………………………………………………………10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.……………………………………………………………..11

  1. Выводы………………………………………………………….……..11

ЛИТЕРАТУРА..………………………………………………………………12

ПРИЛОЖЕНИЯ..……………………………………………………….…… 13

Приложение 1…………………………………………………………….13

Приложение 2…………………………………………………………….14

Приложение 3………………………………………………………….…15

Приложение 4…………………………………………………………….16

Приложение 5………………………………………………………….…17

Приложение 6………………………………………………………….…18

Приложение 7………………………………………………………….…19

Введение

Вокруг нас происходит много интересного. Я заметила, что, когда снимаешь свитер, он трещит и что-то сильно щелкает по носу, когда долго расчесываешь сухие волосы, они поднимаются вверх за расческой. На свои расспросы от родителей я слышала один ответ: предметы наэлектризовались, электричество будете изучать в школе на уроках физики. Я решила, не дожидаясь 7 класса, обязательно разобраться с возникающими у меня вопросами об электричестве! Это и послужило основанием для выбора темы исследования.

Объект исследования: статическое электричество.

Предмет исследования: образование статического электричества в окружающей среде.

Гипотеза исследования: статическое электричество образуется в результате трения некоторых предметов друг о друга и из этого «липучего» электричества можно извлечь пользу.

Для проверки моей гипотезы мною были определены цель и задачи исследования, а также проведен ряд опытов.

Цель исследования: изучить причину образования статического электричества.

Задачи исследования:

  1. Узнать, что такое статическое электричество.

  2. Выяснить причину возникновения статического электричества.

  3. Провести опыты, доказывающие существование статического электричества.

Для их решения я выполнила следующую работу:

  1. Расспросила старшую сестру и провела с ней опыты.

  2. Читала статьи об электричестве в детских энциклопедиях.

  3. Искала информацию в Интернете.

  4. Посмотрела познавательные мультфильмы про электричество («Покорители молний», «Фиксики и электричество», «Пин-код: Электробитва»).

Методы и приемы исследования: наблюдение, эксперимент.

Оборудование: пластмассовые линейка и расчёска, бумажные салфетки, полиэтиленовый пакет, воздушные шарики, стеклянная банка, картон, карандаш, металлическая проволока длиной 15 см, тонкая алюминиевая фольга, скотч.

Практическая значимость: результаты исследования позволят больше узнать об окружающем мире, помогут в повседневной жизни, полученные знания можно использовать для сообщений и докладов на уроках курса «Окружающий мир» и для проведения фокусов на внеклассных мероприятиях и украшения школьных помещений.

Результаты работы представлены в презентации.

1. Теоретическая часть:

    1. Из истории изучения электричества

Ослепительная вспышка, огненный зигзаг молнии, раскат грома. Тысячелетиями люди наблюдали эти грозные явления природы, не понимали их и поэтому боялись.

Лишь около 200 лет назад люди научились использовать электрические силы природы, заставили электричество служить себе. И сейчас очень сложно представить жизнь современного человека без электричества: сегодня его используют не только для освещения, но и для передачи информации (телефон, телевидение), в бытовой технике (утюг, стиральная машина), на транспорте (троллейбус, метро, электричка).

А начиналась наука об электричестве с изучения статического электричества.

Еще в Древней Греции заметили, что если потереть палочку из янтаря о шерсть, то палочка окажется заряженной: она начнет притягивать к себе пушинки, соломинки, волосы. Древние греки, называли янтарь «электроном», что значит «солнечный камень». Отсюда и произошло, правда, намного позже, само слово «электричество».

    1. Что такое электрон

Все, что нас окружает, состоит из атомов — частиц настолько малых, что разглядеть их можно только с помощью специального микроскопа. Но сами атомы состоят из еще меньших частиц — протонов, нейтронов и электронов.

Протоны и нейтроны образуют ядро атома (его центр), а электроны вращаются вокруг этого ядра, как планеты вокруг Солнца. Протоны и электроны несут электрические заряды: протоны имеют положительный заряд (+),  электроны — отрицательный (-).

Именно поэтому электроны удерживаются в атоме: положительный и отрицательный заряды притягивают друг друга.

    1. Статическое, или «липкое», электричество

Электроны могут покидать свои атомы.

Когда человек идёт по ковру, определенное количество электронов переходит от ковра к его телу. Теперь человек заряжен отрицательно, то есть у него есть дополнительные электроны. Когда человек касается металлической дверной ручки, электроны «перепрыгивают» на неё, а человек получает удар током.

Словом, электрический заряд можно получить за счёт трения.

Подтвердим нашу гипотезу с помощью опытов

2. Практическая часть: опыты со статическим электричеством

Опыт № 1 «Статическое напряжение возникает вследствие трения» (Приложение 1)

Материалы: пластмассовая линейка, мелкие кусочки бумажки, полиэтиленовый пакет.

Ход работы

  1. Возьмем пластмассовую линейку и поднесем к мелко нарезанным кусочкам бумаги. Ничего не происходит. Значит, в обычном состоянии пластмассовая линейка электрически нейтральна.

  2. Натрем пластмассовую линейку полиэтиленовым пакетом или шерстяной варежкой. Частички бумаги тут же притянутся к ней. Это означает, что палочка наэлектризовалась.

Вывод: электризация происходит вследствие трения.

Опыт № 2 «Два вида зарядов» (Приложение 2)

Каким будет заряд – отрицательным или положительным, – зависит от материалов подвергающихся трению.

Материалы: пластмассовая расческа, мелкие кусочки бумажки.

Ход работы

  1. Поскольку волосы вырабатывают статическое напряжение лучше, чем ткань, возьмём пластмассовую расческу, расчешем ею свои волосы примерно 20 раз и поднесем к мелким кусочкам бумаги. Увидим, что расчёска, у которой отрицательный заряд будет притягивать и удерживать небольшие клочки бумаги.

  2. Потом тоже самый эксперимент проделаем с резиновым мячиком. Бумажки остались лежать на своих местах. Потому что свои электроны резина «не отдаёт», они только «разбегаются» в разные стороны. Поэтому резину используют для изоляции электричества.

Вывод: электричество уже присутствует в атомах материалов. Трение заставляет заряды (электроны), перемещаться от одного материала к другому. Материал, получивший дополнительные электроны, приобретает отрицательный заряд. Материал, у которого стало меньше электронов, становится положительно заряженным.

Опыт № 3 «Притяжение и отталкивание» (Приложение 3)

Разные заряды притягиваются, а одинаковые заряды отталкиваются.

Материалы: два воздушных шарика, шерстяная ткань, лист бумаги.

Ход работы:

  1. Надуем два воздушных шарика и привяжем их к двум концам одной нити.

  2. Потрем оба шарика о собственные волосы. Возьмём за середину нити так, чтобы оба шарика повисли на одном уровне и увидим, что шарики отталкиваются друг от друга.

  3. Вставим между шариками лист бумаги…- шарики сближаются!

Вывод: предметы, наэлектризованные одинаково, приобретают одинаковый заряд. А так как одноимённые заряды отталкиваются, то шарики, оба имеющие отрицательный заряд, удаляются друг от друга. Лист бумаги не наэлектризован, он имеет одинаковое количество отрицательных и положительных зарядов; его положительные заряды притягивают отрицательные заряды шариков.

Опыт № 4 «Принцип образования статического напряжения» (Приложение 4)

Чтобы проверить, насколько хорошо предметы удерживают заряд, смастерим электроскоп. Электроскоп – это прибор, способный показать присутствие электрического заряда, а также накапливать статическое электричество.

Материалы: стеклянная банка, картон, карандаш, кусок толстой металлической проволоки длиной 13-15 см, тонкая алюминиевая фольга, скотч, пластмассовая расчёска.

Ход работы:

  1. Сначала мастерим электроскоп: обводим карандашом на листе картона горло банки и вырезаем из картона получившийся кружок. Согнём проволоку в петлю и просунем её концы сквозь картон. Концы должны подниматься над картоном на 2,5 см. Скатаем фольгу в шарик и прикрепим его к концам проволоки. Отрежем полоску фольги около 10 см длиной и 1 см шириной. Согнутую пополам фольгу повесим на петлю из проволоки. Теперь скотчем прикрепим крышку к банке. Фольга должна висеть в центре банки, не касаясь стекла!

  2. Теперь приступаем к эксперименту: пластмассовую расчёску потереть 5-1- раз о свитер или волосы. Медленно поднести заряженную расчёску к шарику из фольги на крышке элекроскопа. Оба конца фольги поднимутся. Чем ближе расчёска, тем выше они поднимаются.

  3. Если, удерживая расчёску рядом с шариком из фольги, свободной рукой дотронуться до шарика, то оба конца фольги возвращаются в исходное положение. Медленно отведём расчёску от электроскопа: фольга снова поднимется и вернётся в исходное положение.

Вывод: отрицательные заряды притягиваются к шарику из фольги положительными зарядами расчёски. Теперь обе полоски фольги заряжены положительно и расходятся в разные стороны. Если нажать на шарик из фольги, отрицательные заряды вернуть их в прежнее положение.

3. Актуальность темы, или практическая полезность статического электричества

После изучения теории статического напряжения мы с сестрой решили применить свои знания на практике и подготовить несколько фокусов, которые можно продемонстрировать на внеклассном мероприятии.

Фокус № 1 «Весёлый хоровод» (Приложение 5)

Из одного слоя трехслойной салфетки вырезали девочек и разложили на столе друг за другом. Поднесли наэлектризованную о волосы расчёску к ним, и девочки «встали в хоровод». Получилось очень весело!

Фокус № 2 «Мамины помощницы» (Приложение 6)

На тарелке рассыпали на лист бумаги и перемешали соль и перец. Затем воздушный шарик потерли о собственные волосы и поднесли к нашему «блюду». Перец начал притягиваться к шарику, а соль нет (в ней электроны перемещаются плохо). Вот бы статическое напряжение в помощь Золушке!

Фокус № 3 «Украшаем зал к празднику» (Приложение 7)

Обычно в школе или детском саду зал к празднику украшают шарами, наполненными гелием. Такие шары смотрятся просто волшебно! Но это под силу взрослым, поскольку является финансово затратным делом.

Мы надули несколько воздушных шариков, привязали к ним красивые ленточки, потёрли шары о собственные волосы, и шары взлетели и «прилипли» к потолку, будто их наполнили газом. Очень красиво!

4. Всегда ли удобно и полезно статическое электричество

  1. Статическое электричество приносит много неудобств человеку и дома (начинаешь протирать пыль с телевизора, можешь получить «щелчок»; платье «липнет» к ногам), и на производстве (на швейной фабрике заряженную ткань трудно раскраивать, кроме того, она сильно загрязняется, потому что к ней притягивается пыль).

  2. Помимо «неприятностей» статическое электричество приносит и много пользы: в медицине его используют для создания лекарственных аэрозолей. Также при помощи статического электричества получают очень красивые ткани типа бархата, и можно красиво, без разводов покрасить автомобиль.

4.1. Как уменьшить влияние статического электричества на человека

Если вас дома сильно «докучает» статическое электричество, воспользуйтесь следующими советами:

  1. Старайтесь меньше носить одежды из синтетических тканей.

  2. Одежду обрабатывайте «антистатиками» (это специальные химические вещества, которые можно купить в любом хозяйственном магазине).

  3. Снимайте избыточный электростатический заряд с тела (принимать водные процедуры, ходить босиком).

  4. Чаще проветривайте помещения и делайте в них влажную уборку, увлажняйте воздух в помещении с помощью специальных устройств.

Заключение

В работе над темой, мне удалось достичь поставленной цели и подтвердить свою гипотезу.

Я узнала, что такое статическое электричество, с помощью опытов проверила некоторые его свойства, познакомилась с интересными фактами использования статического электричества.

Проведенные мною опыты послужили основой для показа фокусов.

  1. Выводы

  1. Первыми открыли явление статического электричества древние греки.

  2. Статическое электричество – «электричество от трения», оно возникает в результате неравенства зарядов (отрицательного и положительного) между двумя объектами.

  3. Статическое электричество может быть верным помощником человека, если изучить его закономерности и правильно их использовать.

  4. От статического электричества можно легко избавиться, придерживаясь простых правил.

Литература:

1. Детская энциклопедия Что такое. Кто такой. Том 3. –М., Педагогика,

1978.- 256 с.

2. Сикорук Л.Л. Физика для малышей / Л.Л. Сикорук. – М., Педагогика,

1979.- 168 с.

3. Галилео. Наука опытным путем, ДеАгостини, 2011.

Мультфильмы:

– «Повелители молний»: https://www.youtube.com/watch?v=9RsZs805Z6A;

– «Приключения электромонтеров» (учебный фильм по технике безопасности: https://www.youtube.com/watch?v=2TLn3d1MKck;

– «Пин-код: Электробитва»: https://www.youtube.com/watch?v=9u-zEcA5Z0s;

– «Фиксики и электричество»: https://www.youtube.com/watch?time_continue=26&v=x3zU_FykeoQ;

– «Академия занимательных наук. Физика»: http://www.radostmoya.ru/project/akademiya_zanimatelnyh_nauk_fizika/video/?watch=elektron_i_stroenie_atoma.

Приложение 1

Опыт № 1 «Статическое напряжение возникает вследствие трения»

Приложение 2

Опыт № 2 «Два вида зарядов»

Приложение 3

Опыт № 3 «Притяжение и отталкивание»

Приложение 4

Опыт № 4 «Принцип образования статического напряжения»

Приложение 5

Фокус № 1 «Весёлый хоровод»

Приложение 6

Фокус № 2 «Мамины помощницы»

Приложение 7

Фокус № 3 «Украшаем класс к празднику»

Как защитить модуль Bluetooth от статического электричества? – BT Module – Новости

Что такое статическое электричество?

Прежде всего, статический заряд – это статическое электричество. А явление, при котором происходит электрический обмен между объектами с разными потенциалами и происходит мгновенный разряд, называется ЭСР. Такие как трибоэлектричество, снятие свитеров зимой и прикосновение к металлическим деталям, эти действия могут вызвать электростатический разряд.

Как это может повредить модуль Bluetooth?

В связи с быстрым развитием электронной промышленности были произведены серийные производства небольших, высокоинтегрированных устройств, что привело к уменьшению и уменьшению расстояния между проводами, к более тонким и более тонким изоляционным пленкам, что приведет к снижению напряжения пробоя. Однако электростатическое напряжение, генерируемое во время производства, транспортировки, хранения и передачи электронных изделий, может значительно превышать пороговое значение его пробивного напряжения, что может привести к поломке или выходу из строя модуля, повлиять на технические показатели изделия и снизить его надежность.

Как предотвратить статическое электричество?

А. Экранирование. Ношение антистатической ткани при изготовлении модуля, использование антистатических пакетов / держателей для переноски модуля во время транспортировки.

Б. Рассеяние. Использование антистатического оборудования для рассеивания статического электричества.

C. Увлажнение. Сохраняйте температуру окружающей среды. от 19 градусов Цельсия до 27 градусов Цельсия, влажность от 45% до 75%.

D. Заземление. Убедитесь, что тело человека / рабочий костюм / устройство / оборудование связаны с землей.

Е. Нейтрализация. Использование ESD железного вентилятора для осуществления нейтрализации.

Возьмите № A в качестве примера, модули Bluetooth Feasycom обычно будут отделены друг от друга во время упаковки. См. Справочную фотографию ниже, которая является отличным способом включить экранирование и предотвратить возникновение статического электричества.

Хотите узнать больше о том, как защитить ваши модули Bluetooth? Не стесняйтесь обращаться к Feasycom за помощью.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Родственные термины

ГИДРОЛИЗ

Процесс разрушения, происходящий в безводных гидравлических жидкостях под действием тепла, воды и металлических катализаторов: железа, стали, меди и др.

ОТЛОЖЕНИЯ В ДВИГАТЕЛЕ

Твердое или стойкое накопление шлама, лака и углеродистых остатков из-за прорыва несгоревшего и частично сгоревшего топлива или частичного распада картерной смазки.Вода от конденсации продуктов сгорания, углерод, остатки от присадок к топливу или смазочному маслу, пыль и металлические частицы также вносят свой вклад.

СОЗДАННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Вызвано ухудшением состояния критических смачиваемых поверхностей и материалов или разрушением самой жидкости.

ПРОФИЛАКТИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

Техническое обслуживание, которое проводится до возникновения прогнозируемой неисправности или поломки.

ЛАВИННОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Комплексное отношение обратного напряжения устройства, подвергшегося лавинному пробою, к обратному току.

ЛАВИННЫЙ ТРАНЗИСТОР

Транзистор, в котором используется лавинный пробой для создания цепочки несущих заряд пар дырка-электрон.

ЛАВИННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

Обратное напряжение, необходимое для возникновения лавинного пробоя p-n-перехода полупроводника.

ЛАВИННЫЙ ДИОД

Полупроводниковый пробивной диод, обычно сделанный из кремния, в котором лавинный пробой происходит по всему p-n переходу, а падение напряжения в этом случае является практически постоянным и не зависит от тока; двумя наиболее важными типами являются диоды IMPATT и TRAPATT.

ЛАВИННЫЙ РАЗРУШЕНИЕ

Неразрушающий пробой полупроводникового диода, когда электрическое поле в области барьера достаточно сильное, так что носители тока сталкиваются с валентными электронами, вызывая ионизацию и кумулятивное размножение носителей.

ЛАВИННЫЙ ФОТОДИОД

Фотодиод работал в области лавинного пробоя для достижения внутреннего умножения фототока, тем самым обеспечивая быстрое переключение, управляемое светом.

Расширение зависимости эффективного напряжения для учета электростатических эффектов | SEG International Exposition and Annual Meeting

Резюме

Мы предлагаем расширить соотношение эффективных напряжений, включив в него электростатические эффекты на контактах частиц, возникающие из-за зарядов поверхности минералов.Там, где контактный цемент уже удерживает минералы вместе, электростатическое отталкивание в области вне контактного цемента уменьшит измеренную жесткость породы. Поверхностный заряд индуцирует двойной электрический слой, и там, где двойные слои из двух минеральных частиц перекрываются, в контактах зерен возникает расклинивающее давление. При введении в пористую породу рассолов и воды это может привести к уменьшению наблюдаемой механической жесткости породы, т.е. к явному эффекту разупрочнения водой.

Теперь, поскольку расклинивающее давление является эффектом давления-напряжения, в этой статье мы предпочитаем модифицировать соотношение эффективных напряжений (левая часть уравнения 4), а не моделировать ослабление водой путем изменения модуля объемной упругости скального каркаса (правая часть). стороны уравнения 4). Мы количественно оцениваем величину вклада электростатического напряжения, сравнивая данные экспериментов по нагружению с различным химическим составом рассола с данными по нагружению заполненных нефтью кернов, где электростатические силы сведены к минимуму.Мы обнаружили, что для высокопористых мелов электростатическое напряжение в предлагаемом расширенном соотношении напряжений может доминировать в наблюдаемом поведении напряжение-деформация.

Введение

Несколько авторов наблюдали ослабление упругих свойств мела водой (например, Japsen et al, 2004), но в то время как Japsen et al. изучили упругие свойства на основе данных о скорости ультразвука, настоящее исследование сосредоточено на упругости, полученной в результате механических испытаний горных пород. Эксперименты по нагружению были проведены на меловом обнажении Льеже (Бельгия) в условиях гидростатического напряжения с серией различных насыщающих соляных растворов, а также эксперименты по керну, насыщенному нефтью Soltrol.Изученный льежский мел имеет содержание кальцита от 91% до 95%, а пористость испытанных здесь кернов колеблется от 40,2 до 41,7%.

Моделирование, расчет и применение электростатического напряжения бимолекулы

Математический факультет,

Калифорнийский университет в Сан-Диего

*******************************

Неформальный семинар по математике и биохимии-биофизике

Юнчэн Чжоу

Биохимия и математика, UCSD

Моделирование, расчет и применение электростатического напряжения бимолекулы

Реферат:

Электростатические силы играют решающую роль в биомолекулярных взаимодействиях такие как ассоциация белок-лиганд, вызванная белком деформация мембраны или кривизна и деформация ДНК в комплексах белок-ДНК. Хотя электростатические силы, полученные из потенциального решения Уравнение Пуассона-Больцмана (PBE) широко использовалось при изучении этих взаимодействия с моделированием броуновской динамики, моделированием и вычисление этих сил в рамках континуума не очень хорошо учредил. В этом докладе я предложу модели электростатического объемная сила и поверхностная сила, совместимые с PBE, и обсудите стабильную методы расчета этих сил с использованием новой схемы устойчивой регуляризации из ПБЕ.Для проверки этих моделей будут представлены численные эксперименты. и их полезность при изучении движения биомолекул в твердом теле.

Организаторы: Ли-Тьен Ченг и Бо Ли

6 ноября 2007 г.

14:00

AP&M 5402

*******************************

Влияние остаточного напряжения на электромеханическое поведение электростатических микроактюаторов

В этой работе моделируется нелинейное электромеханическое поведение различных электростатических микроактюаторов. Он применяет метод дифференциальных квадратур, принцип Гамильтона и метод интегрирования Уилсона-𝜃 для вывода уравнений движения электростатических микроприводов и нахождения решения этих уравнений. Трудности с нелинейными уравнениями преодолеваются с помощью метода дифференциальных квадратур. Определены напряжения электростатических приводов и смоделированы эффекты остаточных напряжений электростатических микроприводов.

1. Введение

Osterberg et al. [1] проанализировали электростатически деформированные диафрагмы с помощью одномерный числовой модель и трехмерная модель.Остерберг и Сентурия [2] показал, что явления резкой неустойчивости электростатического втягивающее поведение консольной балки и приводов фиксированной-фиксированной балки может быть принято для извлечения свойств материала микроэлектромеханической системы. Элвенспоек и др. [3] изучали динамическое поведение активных суставов при различных конструкции электростатического привода. Хираи и др. [4–6] представлен прогиб характеристики электростатических приводов с модифицированным электродом и консольные формы. Ван [7] применил управление с обратной связью для подавления вибрация приводных балок в электростатическом приводе. Ши и др. [8] объединил метод внешних граничных элементов для электростатики и метод конечных элементный метод эластичности для оценки эффекта связи между электростатическая сила и упругая деформация. Гретилья и др. [9] использовали трехмерные программы конечных элементов для моделирования динамики нелинейного привода с учетом Эффект демпфирования пленкой сжатия.Хунг и Сентурия [10] предложили методы изгиба и деформационного упрочнения для увеличения предела пути перемещения перед втягиванием электростатических приводов. В этой работе будет проанализирована нелинейная поведение втягивания различных типов микроприводов с различными остаточными напряжения методом дифференциальных квадратур. Чебышев-Гаусс-Лобатто будет использоваться точечное распределение на каждом приводе. целостность и точность вычислений метода дифференциальных квадратур при решении этой проблема будет оцениваться с помощью ряда тематических исследований. Динамика уравнения консольного микроактюатора выводятся с использованием дифференциальной квадратурный метод. Уравнения, описывающие остаточные колебания микроэлектростатические актуаторы получены в этой статье. Дифференциал квадратурный метод используется для получения уравнений электростатического поля в матричная форма.

2. Дифференциальная квадратура Метод

В этой статье используется дифференциальный квадратурный метод с его простой в использовании и бессеточной техникой, чтобы проанализировать поведение нелинейного отклонения различные типы микроактюаторов с различными остаточными напряжениями.Есть ряд методов решения сложных задач с балками, таких как метод Рэлея-Ритца метод, аналитический метод, метод Галеркина, метод конечных элементов, и метод граничных элементов. Дифференциал Квадратурный метод широко используется для решения различных задач. проблемы в различных областях науки и техники без необходимости энергии формулировка. Метод дифференциальных квадратур было показано, что он является сильным соперником в решении начальных и граничных значений проблем и, таким образом, стал альтернативой предыдущим методам. Джанг и др. др. В [11] предложен метод 𝛿, в котором граничные точки выбраны на небольшом расстоянии друг от друга. Технику 𝛿 можно применить к двойному граничные условия задач о пластинах и балках. Точность решения зависит от достаточно малого 𝛿. Граничные точки выбраны на небольшом расстоянии 𝛿. Технику 𝛿 можно применить к двойным граничным условиям пластины и проблемы с лучом. Использование 𝛿 на границе делает матрицу плохой условно [11].Ван и Берт [12] рассмотрели граничные условия при нахождении дифференциальные квадратурные весовые коэффициенты. Малик и Берт [13] решили задачу о свободных колебаниях пластин и показал, что граничные условия можно встроить в дифференциальную квадратуру весовые коэффициенты. В их Формулировка множественных граничных условий непосредственно применяется к дифференциальным квадратурным весовым коэффициентам, поэтому нет необходимости выбирать близкое точка.Другими словами, точность расчетных результатов будет не зависит от значения 𝛿-интервала. То дифференциальное квадратурное взвешивание коэффициенты могут быть получены путем умножения обратной матрицы [13]. Шербурн и Панди [14] решили проблемы потери устойчивости. методом дифференциальных квадратур. От вышеизложенное, в течение последних двух десятилетий метод дифференциальных квадратур применялся экстенсивно как эффективное средство решения комплекса задач в различных областях науки и техники.Куан и Чанг [15, 16] вывели весовые коэффициенты более явным образом. Фенг и Берт [17] проанализировали анализ изгибных колебаний геометрически нелинейный пучок методом квадратур. Чен и Чжун В работе [18] представлено исследование нелинейных вычислений методом дифференциальных квадратур и дифференциальным кубатурным методом. Томасиелло [19] применил метод дифференциальных квадратур начально-краевые задачи. Ван и др. [20] представили свободные колебания анализ круглых кольцевых пластин неравномерной толщины методом дифференциальных квадратур.Ван и Гу [21] представил статический анализ рамных конструкций дифференциальным метод квадратурных элементов. Лью и др. [22, 23] представили метод дифференциальных квадратур для пластин Миндлина на Основания Винклера и толстые симметричные ламинаты с поперечным расположением слоев с первым порядком сдвиговая гибкость. Ду и др. [24] представил применение обобщенного дифференциала квадратурный метод к структурному проблемы. Мирфахраи и Редекоп [25] решили проблему выпучивания круглых цилиндрические оболочки с использованием дифференциальной квадратуры метод.Моради и Тахери [26] представили коробление расслоения. анализ общих многослойных композитных балок с использованием дифференциально-квадратурный метод. Де Роса и Франциози [27] представили точный и приближенный динамический расчет круглых арок методом дифференциальных квадратур. Сунь и Чжу [28] использовал локальный дифференциальный квадратурный метод против ветра для решения задачи несжимаемого вязкого течения. Гу и Ван [29] представили бесплатное вибрационный анализ круглых пластин со ступенчатой ​​толщиной по концентрической области методом дифференциальных квадратур. Ду и др. [30] представили обобщенный дифференциально-квадратурный метод для анализа потери устойчивости. Хан и Лью [31] проанализировали осесимметричные свободные колебания толстых кольцевые пластины. Танака и Чен [32] применили метод граничных элементов двойной взаимности к нестационарным эластодинамическим задачи методом дифференциальных квадратур. Чен и др. [33] решили высокоточные плоские напряжения и пластинчатые элементы с помощью метод квадратурных элементов. Суть дифференциала квадратурный метод заключается в том, что производная функции в точке выборки может быть аппроксимирована взвешенной линейной суммой функциональных значений во всех точках выборки в области.С использованием В этом приближении дифференциальное уравнение сводится к набору алгебраические уравнения. Эффекты зависящей от положения электростатической силы и осевые остаточные напряжения учитывались в предлагаемых моделях. В то время как эффективность и точность Рэлея-Ритца метод зависит от количество и точность выбранных функций сравнения; дифференциал квадратурный метод не имеет этой трудности выбора подходящего сравнения функции. Дифференциальный квадратурный метод аппроксимирует частичный производная от 𝑓(𝑧,𝑡) по 𝑧. Для функции 𝑓(𝑧,𝑡) дифференциальная квадратурная аппроксимация для производной 𝑚-го порядка в 𝑖-й точке дискретизации определяется как для ) в где 𝑓(𝑧𝑖,𝑡) является функциональным значением в точке выборки 𝑧𝑖, и 𝐷(𝑚)𝑖𝑗 — дифференциальный квадратурный вес коэффициенты дифференцирования 𝑚-го порядка, присоединенные к этим функциональные ценности.Куан и Чанг [15, 16] ввели лагранжиан интерполяционный полином для преодоления численной плохой обусловленности в определение дифференциальных квадратурных весовых коэффициентов 𝐷(𝑚)𝑖𝑗, т. е. −𝑧𝑗𝑀),1(𝑧𝑖)=𝑁𝑗=1,𝑗≠𝑖(𝑧𝑖−𝑧𝑗) для𝑖=1,2,…,𝑁. (3) Уравнение (2) подставляется в (1). Дифференциальная квадратура тогда весовые коэффициенты задаются как =1,𝑗≠𝑖𝐷(1)𝑖𝑗для𝑖=1,2,…,𝑁.(4) Как только точки выборки, такие как 𝑧𝑖 для 𝑖=1,2,…,𝑁, выбираются коэффициенты дифференциальной квадратурной весовой матрицы можно получить из (4). Производные высшего порядка дифференциала квадратурные весовые коэффициенты также могут быть непосредственно рассчитаны по матрице умножение [34], которое может быть выражено как (1). (𝑚)𝑖𝑗=𝑁∑𝑘=1𝐷(1)𝑖𝑘𝐷(𝑚−1)𝑘𝑗для𝑖,𝑗=1,2,…,𝑁.(5) Существует множество вычислительных методов доступны для динамического анализа. В данной работе остаточные колебания микроэлектростатические приводы исследуются методом дифференциальных квадратур. Самый удобный подход к решению проблема структуры балки заключается в равномерном распределении точек выборки. То Выбор точек выборки важен для точности решения методом дифференциальных квадратур, но неточен. результаты были получены при использовании этого равномерного распределения.неоднородный распределение точек выборки, такое как распределение Чебышева-Гаусса-Лобатто [34], повышает точность расчета. Целостность и вычислительная эффективность метода дифференциальных квадратур в решении этой задачи будет продемонстрировано с помощью набора тематических исследований. Тем не менее, альтернативный эффективный метод все еще находится в поиске. В этом исследовании неравномерно расположенные точки выборки каждого луча с использованием Чебышева-Гаусса-Лобатто распределения выбираются как(6) Дифференциал квадратурный метод показал себя как мощный кандидат для решения начальные и краевые задачи и, таким образом, стали альтернативой другим методы. Эффективность и точность метода Рэлея-Ритца зависит от количество и точность выбранных функций сравнения, тогда как дифференциально-квадратурный метод не имеет такой трудность. Как и при любом полиномиальном подходе, точность решения этим методом повышается за счет увеличения числа точек выборки.Дифференциальный квадратурный метод использует элемент высокого порядка уровне, где метод конечных элементов аппроксимирует функцию с помощью полиномов низкого порядка.

3. Динамическое поведение микроприводов

A фигурный микропучок с изогнутым электродом показан на рисунке 1. Рисунок изображает геометрию конического электростатического микроактюатора. 𝑡0 указывает толщину в основании привод. 𝐿 — длина микроактюатора. 𝑞(𝑧) — нагрузка. Нагрузка 𝑞(𝑧) действует на 𝑧=0∼𝐿 в балке.При подаче управляющего напряжения между фиксированным-фиксированным микробалкой и электродом, зависящим от положения распределяется электростатическое давление, чтобы деформировать микробалку в сторону изогнутой электрод. Зазор между фигурным микробалком и изогнутым электродом определяет распределение электростатического давления. Во избежание короткого замыкания цепь после втягивающего контакта, изолированный слой или другая структура требуется. Сила притягивает микропучок к профилированному электроду.Разные Формы электродов были предложены для улучшения электростатической силы. распределение и деформированная форма привода. Кинетическая энергия Микроактатор 1𝑇 = 2𝐿0ρ𝐴𝜕𝑢𝜕𝑡21𝑑𝑧 + 2𝐿0ρ𝐴𝜕𝑣𝜕𝑡2 + 1𝑑𝑧2𝐿0𝐺𝐽𝑧𝜕φ𝜕𝑡2𝑑𝑧, (7) где 𝑢 – это смещение в направлении 𝑥-ось, 𝑣 — смещение в направлении 𝑦-ось, 𝜙 угол закручивания в направлении 𝑧-ось, 𝐴 — площадь поперечного сечения микробалки, 𝐽𝑧 — полярный момент в направлении оси 𝑧, 𝜌 — плотность материала привод.


Пока внешнее напряжение 𝑒 приложено между деформируемой балкой и неподвижный электрод, создается зависящее от положения электростатическое давление, деформируемый пучок к заземляющему электроду. Это электростатическое давление равно примерно пропорциональна обратной величине квадрата зазора между их. Когда напряжение достигает критического напряжения, фиксированный фиксированный луч будет резко потянуть к электроду. Эффекты электрического окаймления в последующих анализах игнорируются.Энергия деформации микроактюатора может быть аппроксимирована Как 1𝑈 = 2𝐿0𝐸𝐼𝑦𝑦𝜕2𝑢𝜕𝑧22 + 2𝐼𝑥𝑦𝜕𝑢𝜕𝑧𝜕𝑣𝜕𝑧 + 𝐼𝑥𝑥𝜕2𝑣𝜕𝑧22 + 1𝑑𝑧2𝐿0𝐺𝐽𝑧𝜕φ𝜕𝑧2- 1𝑑𝑧2𝐿0𝑃𝜕𝑢𝜕𝑧21𝑑𝑧-2𝐿0𝑃𝜕𝑣𝜕𝑧2𝑑𝑧, (8) Где 𝐸 модуль молодых привода, 𝐺 – модуль сдвига, а 𝐼𝑥𝑥, 𝐼𝑦𝑦, и 𝐼𝑥𝑦 — моменты площади. Нагрузка 𝑃 — остаточная осевая нагрузка, действующая на неподвижный конец привода. Значение 𝑃 равно 𝜎𝑏0𝑡0. 𝜎 — остаточное напряжение, а 𝑏0 — ширина балки. Потому что связи между механическим и электростатическим эффектами, поведение электростатического привода кажется более сложным, чем упругое поведение.Внешнее демпфирование представляет вязкое сопротивление поперечному смещению привода, а внутренний демпфирование обеспечивает вязкостное сопротивление деформации материала микроактюатора. То для сопротивления поперечному скорость привода. Силы демпфирования 𝑐𝑢𝑖 (𝜕2 / 𝜕𝑧2) (𝐸𝐼2 / 𝜕𝑧2) (𝐸𝐼 (𝜕3𝑢 / 𝜕𝑡𝜕𝑧2)), 𝑐𝑣𝑖 (𝜕2 / 𝜕𝑧2) (𝐸𝐼 (𝜕2 / 𝜕𝑧2) (𝐸𝐼 (𝜕3 𝑣 / 𝜕𝑡𝜕𝑧2)) и 𝑐φ𝑖 (𝜕 / 𝜕𝑧)(𝐺𝐽𝑧(𝜕2𝜙/𝜕𝑡𝜕𝑧)) приняты для сопротивления деформации скорость микроактуатора.Учитывая электростатическую силу и Внутренние и внешние демпфирующие эффекты в приводе, виртуальная работа Δ𝑊, выполненная изогнутым приводом – Δ𝑊 = -𝐿0𝑐𝑢𝜕𝑢𝜕𝑡Δ𝑢𝑑𝑧-𝐿0𝑐𝑢𝑖𝜕2𝜕𝑧2𝜕𝐸𝐼3𝑢𝜕𝑡𝜕𝑧2-Δ𝑢𝑑𝑧𝐿0𝑐𝑣𝜕𝑣𝜕 𝑡Δ𝑣𝑑𝑧-𝐿0𝑐𝑣𝑖𝜕2𝜕𝑧2𝜕𝐸𝐼3𝑣𝜕𝑡𝜕𝑧2-Δ𝑣𝑑𝑧𝐿0𝑐φ𝜕φ𝜕𝑡Δφ𝑑𝑧 + 𝐿0𝑐φ𝑖𝜕𝜕𝑧𝐺𝐽𝑧𝜕2φ + 𝜕𝑡𝜕𝑧Δφ𝑑𝑧𝐿0ε0𝑏0𝑒22 (𝑑 + 𝑆-αsin (π𝑧 / 𝐿) 𝑡0 /2−𝑣)2−𝛿𝑣𝑑𝑧𝐿0𝑞(𝑧)𝛿𝑣𝑑𝑧, (9) где 𝑒 — приложенное напряжение, 𝜀0 — диэлектрическая проницаемость воздуха, например 𝜀0=8,85×10−12, 𝑏0 — ширина привода, и 𝑑 — начальный зазор, как показано на рисунке 1.То площадь поперечного сечения привода равна 𝐴(𝑧)=𝑏0𝑡0(1+𝛼sin(𝜋𝑧/𝐿)), 𝛼 – постоянная. 𝐼(𝑧) — момент инерции площадь поперечного сечения привода, которая равна 𝐼(𝑧)=𝐼0(1+𝛼sin(𝜋𝑧/𝐿))3 и 𝐼0=𝑏0𝑡30/12. Функция формы 𝑆(𝑧) описывает форму изогнутого электрода, и это представлено как 𝑆(𝑧)=𝛿𝑒+𝛽sin(𝜋𝑧/𝐿). 𝛿𝑒 — расстояние фиксированного торцевого зазора изогнутой электрод при 𝑧=0 и 𝑧=𝐿. Форма электрода варьируется в зависимости от значений 𝛽 и 𝛿𝑒. Однако из-за сложности не линейность между отклонением привода и электростатической силой, это явление остаточной вибрации изучалось лишь в очень немногих работах, как и влияние формы электрода на остаточный отклик.Подставляя (7), (8) и (9) в уравнение Гамильтона: отклонение неподвижно-фиксированного микропривода может быть выражено следующим образом Нелинейное дифференциальное уравнение: 𝐸𝜕2𝐼𝑦𝑦𝜕𝑧2𝜕2𝑢𝜕𝑧2 + 2𝐸𝜕𝐼𝑦𝑦𝜕𝜕𝑧3𝑢𝜕𝑧3 + 𝐸𝐼𝑦𝑦𝜕4𝑢𝜕𝑧4𝜕 + 𝐸2𝐼𝑥𝑦𝜕𝑧2𝜕2𝑣𝜕𝑧2 + 2𝐸𝜕𝐼𝑥𝑦𝜕𝜕𝑧3𝑣𝜕𝑧3 + 𝐸𝐼𝑥𝑦𝜕4𝑣 𝜕𝑧4𝜕 + 𝑃2𝑣𝜕𝑧2 + 𝑐𝑢𝜕𝑢𝜕𝑡 + 𝑐𝑢𝑖𝜕2𝜕𝑧2𝐸𝐼𝑦𝑦𝜕3𝑢𝜕𝑧2𝜕𝜕𝑡 + ρ𝐴2𝑢𝜕𝑡2𝐸𝜕 = 0,2-2-2𝑣𝜕𝑧2 + 2𝐸𝜕𝐼𝑥𝑥𝜕𝜕 𝑧3𝑣𝜕𝑧3 + 𝐸𝐼𝑥𝑥𝜕4𝑣𝜕𝑧4𝜕 + 𝐸2𝐼𝑥𝑦𝜕𝑧2𝜕2𝑢𝜕𝑧2 + 2𝐸𝜕𝐼𝑥𝑦𝜕𝜕𝑧3𝑢𝜕𝑧3 + 𝐸𝐼𝑥𝑦𝜕4𝑢𝜕𝑧4𝜕 + 𝑃2𝑣𝜕𝑧2 + 𝑐𝑣𝜕𝑣𝜕𝑡 + 𝑐𝑣𝑖𝜕2𝜕𝑧2 𝐸𝐼𝑥𝑥𝜕3𝑣𝜕𝑧2𝜕𝜕𝑡 + ρ𝐴2𝑣𝜕𝑡2 = ε0𝑏0𝑒22 (𝑑 + 𝑆 (𝑧) -αsin (π𝑧 / 𝐿) 𝑡0 / 2-𝑣 (𝑧)) 2-𝜕-𝑞 (𝑧) 𝜕𝑧𝐺𝐽𝑧 𝜕φ𝜕𝑧 + 𝑐φ𝜕φ𝜕𝑡-𝑐φ𝑖𝜕𝜕𝑧𝐺𝐽𝑧𝜕2φ𝜕𝑡𝜕𝑧 + ρ𝐽𝑧𝜕2φ𝜕𝑡2 = 0, (11) где ε0 представляет собой диэлектрическую постоянную воздух. То соответствующие граничные условия зажато-зажатого микроактюатора: 𝑧=0,𝑣(0,𝑡)=0,𝜕𝑣(0,𝑡)𝜕𝑧=0,𝑣(𝐿,𝑡)=0,𝜕𝑣(𝐿,𝑡)𝜕𝑧=0,𝜙(0, 𝑡)=0,𝜙(𝐿,𝑡)=0. (12) Уравнение (1) подставить в (11)-(12), используя метод дифференциальных квадратур. Уравнения движения микроактуатора может быть дискретизировано в матричной форме относительно точек выборки как вектор в точках выборки равен (𝑧𝑁)𝜙(𝑧1)𝜙(𝑧2)⋮𝜙(𝑧𝑁)⎫⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭.(14)

Элементы в массовой матрице 𝑀𝑖𝑖𝑀 = 0FOR 𝑖 = 1,2, 𝑖𝑖𝑀 = ρ𝐴for𝑖 = 3,4, …, 𝑁-2, 𝑖𝑖𝑀 = 0For𝑖 = 𝑁-1, 𝑁, 𝑖𝑗𝑀 = 0FOR ≠ 𝑗, 𝑖=1,2,…,𝑁,𝑗=1,2,…,𝑁,𝑖𝑗𝑀=0для𝑖=1,2,…,𝑁,𝑗=𝑁+1,𝑁+2,…,2𝑁,𝑖𝑗𝑀=0для𝑖= 1,2,…,𝑁,𝑗=2𝑁+1,2𝑁+2,…,3𝑁,𝑖𝑗𝑀=0для𝑖=𝑁+1,𝑁+2,…,2𝑁,𝑗=1,2,…,𝑁,𝑖𝑖𝑀= для 𝑁+2,…,2𝑁,𝑗=𝑁+1,𝑁+2,…,2𝑁,𝑖𝑗𝑀=0for𝑖=𝑁+1,𝑁+2,…,2𝑁,𝑗=2𝑁+1,2𝑁+2,…, 3𝑁,𝑖𝑗𝑀=0для𝑖=2𝑁+1,2𝑁+2,…,3𝑁,𝑗=1,2,…,𝑁,𝑖𝑗𝑀=0для𝑖=2𝑁+1,2𝑁+2,…,3𝑁,𝑗=𝑁+1, 𝑁 + 2, …, 2𝑁, 𝑖𝑖𝑀 = 0FOR𝑖 = 2𝑁 + 1, 𝑖𝑖 = ρ𝐽𝑧𝑀for𝑖 = 2𝑁 + 2,2𝑁 + 3, …, 3𝑁-1, 𝑖𝑖𝑀 = 0For𝑖 = 3𝑁, 𝑖𝑗 = 0FOR ≠ 𝑗, 𝑖 = 2𝑁 + 1,2𝑁+2,…,3𝑁,𝑗=2𝑁+1,2𝑁+2,…,3𝑁.(15) Элементы в матрице демпфирования являются 𝐶𝑖𝑗𝐶 = 0FOR𝑖 = 1,2, 𝑗 = 1,2, . .., 3𝑁, 𝑖𝑖 = 𝑐𝑢 + 𝑐𝑢𝑖𝜕2𝜕𝑧2 (𝐸𝐼𝑦𝑦) 𝐷 (2) 𝑖𝑖 + 2𝑐𝑢𝑖𝜕𝜕𝑧 (𝐸𝐼𝑦𝑦) 𝐷 (3) 𝑖𝑖 + 𝑐𝑢𝑖𝐸𝐼𝑦𝑦𝐷 (4) 𝑖𝑖𝐶for𝑖 = 3,4, …, 𝑁-2, 𝑖𝑗 = 𝑐𝑢𝑖𝜕2𝜕𝑧2 (𝐸𝐼𝑦𝑦) 𝐷 (2) 𝑖𝑗 + 2𝑐𝑢𝑖𝜕𝜕𝑧 (𝐸𝐼𝑦𝑦) 𝐷 (3) 𝑖𝑗 + , 𝑁+1,𝑁+2,…,3𝑁,𝑖𝑗𝐶=0для𝑖=𝑁−1,𝑁,𝑗=1,2,…,3𝑁,𝑖𝑗𝐶=0для𝑖=𝑁+1,𝑁+2,…,2𝑁,𝑗= 2 𝑖𝑖 + 2𝑐𝑣𝑖𝜕𝜕𝑧 (𝐸𝐼𝑥𝑥) 𝐷 (3) 𝑖𝑖 + 𝑐𝑣𝑖𝐸𝐼𝑥𝑥𝐷 (4) 𝑖𝑖𝐶for𝑖 = 𝑁 + 3, 𝑁 + 4, …, 2𝑁-2, 𝑖𝑗 = 𝑐𝑣𝑖𝜕2𝜕𝑧2 (𝐸𝐼𝑥𝑥) 𝐷 (2) 𝑖𝑗 + 2𝑐𝑣𝑖𝜕𝜕𝑧 (𝐸𝐼𝑥𝑥) 𝐷 (3) 𝑖𝑗 + 𝑐𝑣𝑖𝐸𝐼𝑥𝑥𝐷 (4) 𝑖𝑗𝐶for𝑖 ≠ 𝑗, 𝑖 = 𝑁 + 3, 𝑁 + 4, …, 2𝑁-2, 𝑗 = 𝑁 + 1, 𝑁 + 2, …, 2𝑁,𝑖𝑗𝐶=0для𝑖=2𝑁−1,2𝑁,𝑗=𝑁+1,𝑁+2,…,2𝑁,𝑖𝑗𝐶=0для𝑖=𝑁+1,𝑁+2,…,2𝑁,𝑗=2𝑁+1,2𝑁 2,…,3𝑁,𝑖𝑗𝐶=0для𝑖=2𝑁+1,𝑗=1,2,…,3𝑁,𝑖𝑗𝐶=0для𝑖=2𝑁+2,2𝑁+3,…,3𝑁−1,𝑗=1,2,…, 2𝑁, 𝑖𝑖 = 𝑐φ-𝑐φ𝑖𝜕𝜕𝑧 (𝐺𝐽𝑧) 𝐷 (1) 𝑖𝑖-𝑐φ𝑖 (𝐺𝐽𝑧) 𝐷 (2) 𝑖𝑖𝐶for𝑖 = 2𝑁 + 2,2𝑁 + 3, …, 3𝑁-1, 𝑖𝑗 = -𝑐φ𝑖𝜕𝜕𝑧 (𝐺𝐽𝑧)𝐷(1)𝑖𝑗−𝑐𝜙𝑖(𝐺𝐽𝑧)𝐷(2)𝑖𝑗𝐶для𝑖≠𝑗,𝑖=2𝑁+2,2𝑁+3,+2,3𝑁+1,𝑑=2,𝑑 ,𝑖𝑗=0для𝑖=3𝑁,𝑗=1,2,…,3𝑁.(16) Элементы в матрицы жесткости 𝐾11𝐾=1,1𝑗𝐾=0для𝑗=2,3,…,3𝑁,2𝑗=𝐷(1)1𝑗𝐿𝐾для𝑗=1,2,…,𝑁,2𝑗𝐾=0для𝑗=𝑁+1,𝑁+2,…,3𝑁,𝑜 = 𝐸2𝐼𝑦𝑦𝜕𝑧2 ||| 𝑧 = 𝑧𝑖𝐷 (2) 𝑖𝑗 + 2𝐸𝜕𝐼𝑦𝑦 ||| 𝜕𝑧𝑧 = 𝑧𝑖𝐷 (3) 𝑖𝑗 + 𝐸𝐼𝑦𝑦𝐷 (4) 𝑖𝑗 + 𝑃𝐷 (2) 𝑖𝑗𝐾for𝑖 = 3,4, …, 𝑁– 2, 𝑗 = 1,2, . .., 𝑁, 𝑖𝑗𝜕 = 𝐸2𝐼𝑥𝑦𝜕𝑧2 ||| 𝑧 = 𝑧𝑖𝐷 (2) 𝑖, 𝑗-𝑁 + 2𝐸𝜕𝐼𝑥𝑦 ||| 𝜕𝑧𝑧 = 𝑧𝑖𝐷 (3) 𝑖, 𝑗– (4) 𝑁𝐾для𝑗=1,2,…,𝑁,𝑁𝑗𝐾=0для𝑗=1,2,…,𝑁−1,𝑁𝑁𝐾=1,𝑁𝑗𝐾=0для𝑗=𝑁+1,𝑁+2,…,3𝑁,𝑖=0,𝑗 4,…,𝑁−2,𝑗=2𝑁+1,2𝑁+2,…,3𝑁,𝑖𝑗𝐾=0для𝑖=𝑁+1,𝑗=1,2,…,𝑁,𝑁+1,𝑁+1𝐾=1, 𝑖𝑗𝐾=0для𝑖=𝑁+1,𝑖=𝑁+2,𝑁+3,…,3𝑁,𝑖𝑗𝐾=0для𝑖=𝑁+2,𝑗=1,2,…,𝑁,𝑖𝑗=𝐷(1)1,𝑗− для | 𝑧 = 𝑧𝑖𝐷 (2) 𝑖-𝑁, 𝑗 + 2𝐸𝜕𝐼𝑥𝑦 ||| 𝜕𝑧𝑧 = 𝑧𝑖𝐷 (3) 𝑖-𝑁, 𝑗 + 𝐸𝐼𝑦𝑦𝐷 (4) 𝑖𝑖𝐾for𝑖 = 𝑁 + 3, 𝑁 + 4, …, 2𝑁– 2, 𝑗 = 1,2, …, 𝑁, 𝑖𝑗𝜕 = 𝐸2𝐼𝑥𝑥𝜕𝑧2 ||| 𝑧 = 𝑧𝑖𝐷2 (2) 𝑖-𝑁, 𝑗-𝑁 + 2𝐸𝜕𝐼𝑥𝑥 ||| 𝜕𝑧𝑧 = 𝑧𝑖𝐷 (3) 𝑖– (4) – 1,𝑗=2𝑁+1,2𝑁+2,…,3𝑁,𝑖𝑗𝐾=0для𝑖=2𝑁+1,𝑗=1,2,…,2𝑁,𝑖𝑗𝐾=1для𝑖=2𝑁+1,𝑗=2𝑁+1,𝑐𝑗 0for𝑖=2𝑁+1,𝑗=2𝑁+2,…,3𝑁,𝑖𝑗𝐾=0for𝑖=2𝑁+2,2𝑁+3,…,3𝑁,𝑗=1,2,…,2𝑁,𝑖𝑗=−𝐺𝜕𝐽𝑧|| |𝜕𝑧𝑧=𝑧𝑖𝐷(1)𝑖−2𝑁,𝑗−2𝑁−𝐺𝐽𝑧𝐷(2)𝑖−2𝑁,𝑗−2𝑁𝐾для𝑖=2𝑁+2 ,2𝑁+3,…,3𝑁−1,𝑗=2𝑁+1,2𝑁+2,…,3𝑁,𝑖𝑗𝐾=0для𝑖=3𝑁,𝑗=1,2,…,3𝑁−1,𝑖𝑗𝐹=1для𝑖=3𝑁,𝑗 =3𝑁,𝑖𝐹=0для𝑖=1,2,…,𝑁+2,𝑖=𝜀0𝑏𝑒22(𝑑+𝑆(𝑧)−𝛼sin(𝜋𝑧/𝐿)𝑡0/2−𝑣(𝑧))2𝐹−𝑞)(𝑑 =𝑁+3,𝑁+4,…,2𝑁−2,𝑖=0для𝑖=2𝑁−1,2𝑁,…,3𝑁.(17) Динамика ответы микроактуатора решаются с использованием метода интегрирования Уилсона-𝜃 в этой статье. Метод интегрирования Уилсона-𝜃 представляет собой эффективное неявное время процедура интегрирования для динамических задач. Это пошаговая интеграция метод, который предполагает, что условия ускорения изменяются линейно между последовательными мгновения выборки. Электростатическая сила притягивает кантилеверный привод к изогнутый электрод. Электростатическая сила создается разностью между напряжением, приложенным к изогнутому электроду, и напряжением, приложенным к привод.Это электростатическое давление приблизительно пропорционально обратно пропорциональна квадрату зазора между ними. Когда напряжение превышает критическое напряжение, неподвижно-фиксированный пучок внезапно втягивается в электрод.

4. Численные результаты и Обсуждение

микроактуатор изготовлен из поликремния. Геометрические параметры и материал Микроактатора 𝐸 = 150GPA, Δmax = 30 мкм, α = 0, β = 0, 𝑐𝑢𝑖 = 0, 𝑐𝑣𝑖 = 0, 𝑐φ𝑖 = 0, 𝑐𝑢 = 0, 𝑐𝑣 = 0, 𝑐φ = 0, 𝑏0 = 5 мкм, 𝑡0 = 2𝜇м, 𝑑=2𝜇м, и 𝐿=500𝜇м.На рис. 2 показаны прогибы микробалки. с разными приложенными напряжениями. Результаты показывают, что результаты рассчитанные по предложенному дифференциально-квадратурному методу, очень хорошо согласуются с результатами, полученными с помощью метода конечных элементов. На рис. 3 показаны частоты электростатического фиксированно-фиксированного актуатора для разная длина луча. Опять же, результаты, полученные с помощью методом дифференциальных квадратур аналогичны результатам, полученным с помощью метод конечных элементов.На рис. 4 показаны прогибы вблизи середины электростатического поля. фиксированный-фиксированный привод для различных остаточных напряжений. Значение примененного напряжение 620В. Нелинейное динамическое уравнение, сформированное методом дифференциальных квадратур, имеет вид решен методом интегрирования Уилсона-𝜃, с 𝜃=1,4 и Δ𝑡=0,003 миллисекунды. В ряде работ утверждается, что метод интегрирования Вильсона-𝜃 безусловно устойчив. с коэффициентом 𝜃≥1,37 [35, 36]. Результаты расчетов показывают, что более высокие остаточные напряжения вызывают меньшие отклонения вблизи середины электростатического напряжения. фиксированный фиксированный привод.На рис. 5 показаны напряжения вблизи середины электростатического поля. фиксированный-фиксированный привод для различных остаточных напряжений. Численные результаты в этом примере показывают, что остаточные напряжения могут существенно влиять на динамическое поведение исполнительной системы, показывающее что более высокие остаточные напряжения вызывают более высокие напряжения вблизи середины электростатического поля. фиксированный фиксированный привод. На рис. 6 показано напряжение вблизи корня электростатического поля. фиксированный-фиксированный привод для различных остаточных напряжений.Результаты показывают, что Остаточное напряжение является очень чувствительным параметром для остаточной вибрации микроактуатор. Числовой результаты в этом примере показывают, что вождение напряжение может существенно повлиять на электромеханическое поведение системы привода. Результаты расчетов также показывают, что более высокие остаточные напряжения вводят более высокие напряжения вблизи корня электростатического напряжения. фиксированный фиксированный привод. Остаточная осевая нагрузка должна учитываться при дизайн.Численные результаты показывают, что метод дифференциальных квадратур является осуществимый и эффективный метод для анализа нелинейного поведения втягивания фиксированный фиксированный тип электростатического микропучка.






5. Выводы

дифференциально-квадратурный метод очень подходит для проектирования или анализа электростатического микроактюатора. Простота эта формулировка делает его сильным кандидатом для моделирования приложений, которые сложнее.Влияние остаточных напряжений микроактюаторов на нелинейные явления втягивания также были исследованы с использованием предложенный метод дифференциальных квадратур алгоритм.

Одножильные кабели: емкостное и диэлектрическое напряжение

В этой статье мы обсудим: 1. Сопротивление изоляции одножильного кабеля 2. Емкость одножильного кабеля 3. Диэлектрическое напряжение.

Сопротивление изоляции одножильного кабеля:

Жила кабеля снабжена изоляцией подходящей толщины, чтобы избежать утечки тока.Путь тока утечки радиальный, как показано на рис. 11.11, через изоляционный материал. Противодействие изоляции току утечки называется сопротивлением изоляции кабеля.

Рассмотрим одножильный кабель с радиусом жилы r 1 , радиусом внутренней оболочки r 2 , длиной l и удельным сопротивлением материала изоляции ρ.

Пусть рассматривается элементарный цилиндрический участок изоляции радиусом r и толщиной dr.Теперь длина, по которой будет течь ток утечки, равна dr, а площадь поперечного сечения равна 2πrl.

Сопротивление изоляции, оказываемое току утечки элементарным цилиндрическим участком рассматриваемой изоляции, равно ρdr/2πrl.

Сопротивление изоляции кабеля,

, то есть сопротивление изоляции кабеля изменяется обратно пропорционально длине кабеля (R INS α 1/l).

Если ρ в Ом-м, r 2 , r 1 и l в метрах, то сопротивление изоляции одножильного кабеля выражается в омах.Среднее значение ρ для пропитанной бумаги составляет около 5 × 10 12 – 8 × 10 12 Ом-м при 15°C и экспоненциально уменьшается с температурой, так что

Ρ t = ρ 0 e -αt … (11. 2) α составляет около 0,04 или 0,05.

Емкость одножильного кабеля :

Одножильный кабель можно рассматривать как два коаксиальных цилиндра с внутренним диаметром d и внешним диаметром D. В реальном кабеле d представляет собой диаметр жилы, а D представляет собой внутренний диаметр свинцовой оболочки, находящейся под потенциалом земли.Пусть относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика между сердцевиной и оболочкой равна ∈ r .

Пусть заряд на метр длины кабеля на внешней поверхности жилы +Q кулонов, а на внутренней поверхности свинцовой оболочки -Q кулонов. Для всех практических целей заряд + Q кул/м2 на поверхности ядра можно считать расположенным вдоль его оси. Металлическая оболочка заземлена.

Площадь поверхности коаксиального цилиндра радиусом x метров и длиной один метр равна 2 x метрам 2 .

Следовательно, напряженность электрического поля в точке x метров от центра внутреннего цилиндра,

Разность потенциалов между пластинами конденсатора (между сердечником и оболочкой),

Напряжение диэлектрика в одножильном кабеле :

В условиях эксплуатации изоляция одножильного кабеля подвергается электростатическому напряжению, называемому диэлектрическим напряжением. Градиент потенциала в любой точке определяется как скорость увеличения потенциала в этой точке и равен диэлектрическому напряжению в этой точке.

Поскольку одножильный кабель представляет собой форму цилиндрического конденсатора, поэтому электрическая напряженность на расстоянии x от центра O кабеля определяется выражением:

Поскольку градиент потенциала = электрическая напряженность

Следовательно,

Подставляя значение Q из приведенного выше выражения в уравнение. (11.4) имеем

Поскольку градиент потенциала g изменяется обратно пропорционально x (что очевидно из приведенного выше выражения), поэтому градиент потенциала будет максимальным, когда x будет минимальным i.т.е., x = d/2 и градиент потенциала будет минимальным, когда x максимален, т.е. x = D/2

Максимальное и минимальное значения градиента потенциала определяются по формуле:

Следовательно, отношение между максимальным градиентом потенциала и минимальным градиентом потенциала, т. е.

Здесь следует отметить, что уравнение. (11.6) для диэлектрического напряжения на поверхности проводника получено в предположении, что проводник гладкий цилиндрический, и, таким образом, дает только номинальное значение для этого напряжения.При обычном использовании обычных многожильных проводов диэлектрические напряжения вблизи проводника увеличиваются примерно на 20 % из-за большей кривизны поверхности отдельных проводов. Однако на практике этого можно избежать, покрыв проводник тонкой гладкой металлической оболочкой.

В высоковольтных одножильных кабелях значение g доводится до максимально возможного предела, чтобы уменьшить общий диаметр, но поскольку диэлектрические потери быстро увеличиваются с градиентом потенциала, максимально допустимое значение g составляет лишь около одной пятой. пробивного значения, т.е., 4-5 кВ/мм.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Что такое электростатическая энергия? – Определение из Safeopedia

Что означает электростатическая энергия?

Электростатические явления относятся к электромагнитным явлениям, возникающим при отсутствии движущихся электрических зарядов на данном материале или внутри него. Когда электростатическая энергия накапливается на данном материале, это называется «статическим зарядом». Количество статического заряда, который может удерживать объект, зависит от физических свойств материала, из которого он изготовлен.

Электростатические заряды могут создавать прямую и косвенную угрозу безопасности. Прямой риск — это просто боль, которую может испытать рабочий при поражении электростатическим разрядом. Косвенные риски для безопасности включают потенциальную возможность статического разряда создать искру, которая затем может вызвать пожар в легковоспламеняющейся среде.

Safeopedia объясняет электростатическую энергию

Электростатические разряды на рабочем месте, как правило, недостаточно сильны, чтобы причинить травму работникам, хотя они могут вызывать боль.Существует ограничение на количество заряда, которое может удерживать любой отдельный предмет, и этот предел обычно ниже порога прямого повреждения. Основные риски для безопасности, создаваемые электростатическим разрядом, заключаются в том, что он вызовет косвенные повреждения, которые являются повреждениями, вызванными не самим электростатическим разрядом, а следствием события, вызванного разрядом.

Электростатический разряд может привести к косвенным повреждениям, если статический разряд прерывает человека во время выполнения задачи, связанной с безопасностью, что приводит к несчастному случаю.Электростатические разряды также могут повредить чувствительное электронное оборудование, что может иметь негативные последствия для безопасности, если оборудование имеет функцию безопасности.

Наиболее серьезная опасность, связанная с электростатическим разрядом, вероятно, заключается в том, что разряд может вызвать искру, которая вызовет возгорание или взрыв. Любое рабочее место с взрывоопасной атмосферой, например, с высоким уровнем нефтехимических паров или высоким уровнем переносимой по воздуху пыли, должно быть защищено от электростатических разрядов.Для легковоспламеняющихся сред требуется аналогичная защита.

Поскольку трение между двумя материалами может создать достаточный статический заряд, чтобы вызвать искру, от рабочих может потребоваться носить антистатические перчатки при работе в легковоспламеняющихся средах.

В зависимости от рабочего места опасность пожара и взрыва, создаваемая электростатическим разрядом, может быть очень значительной. Стандарт статического электричества Национальной ассоциации противопожарной защиты (NFPA), NFPA 77, специально касается предотвращения пожаров и взрывов.Электростатические удары и другие нежелательные разряды обычно предотвращаются с помощью заземляющего устройства; использование заземления предотвращает накопление статического заряда, тем самым устраняя риск потенциально опасного электростатического разряда.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.