Tĩnh điện là gì

Tĩnh điện là một hiện tượng chúng ta thường gặp trong cuộc sống hàng ngày cũng như nó là một khái niệm cơ bản trong vật lý, được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như sản xuất công nghiệp và các thiết bị điện tử. Tuy nhiên, đối với nhiều người, tĩnh điện vẫn là một khái niệm xa lạ và khó hiểu. Vì vậy, trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về chủ đề này, từ khái niệm đến cơ chế tạo ra hiện tượng này và các ứng dụng của nó trong cuộc sống hàng ngày.

Tìm hiểu về tĩnh điện

Tĩnh điện là gì?

Tĩnh điện(Tên tiếng Anh: Static Electricity) là hiện tượng mà các hạt nhỏ điện tích trên bề mặt của vật liệu bị cô lập và không di chuyển được. Khi hai bề mặt vật liệu có tính chất điện khác nhau tiếp xúc với nhau và sau đó tách ra, các hạt nhỏ điện tích sẽ tập trung trên một bề mặt, tạo ra một điện tích tĩnh trên bề mặt đó. Điện tích tĩnh này có thể tồn tại trong khoảng thời gian dài và tương tác với các vật thể xung quanh nó. Hiện tượng này có thể được tạo ra bằng nhiều cách, bao gồm ma sát, tiếp xúc với vật liệu dẫn điện hoặc qua các quá trình hóa học.

Ví dụ cụ thể về hiện tượng này thường gặp trong cuộc sống hàng ngày

• Mùa đông hoặc khi thời tiết lạnh, khi chúng ta cởi quần áo ấm, đặc biệt là các loại áo sợi len thường có các tiếng nổ li ti dạng như tiếng của vợt bắt muỗi. Đó chính là hiện tượng tĩnh điện đấy các bạn ạ. Do có sự cọ sát khi chúng ta thay quần áo dẫn đến hiện tượng phóng điện
• Hoặc khi chúng ta chải tóc bằng lược, vào mùa đông hoặc hanh khô thường có tiếng nổ li ti, đó cũng chính là hiện tượng tĩnh điện

Lịch sử của tĩnh điện

Hiện tượng tĩnh điện đã được quan sát từ rất lâu trước khi nó được chứng minh bằng các thí nghiệm khoa học. Tuy nhiên, các nhà khoa học nổi tiếng đã bắt đầu nghiên cứu về hiện tượng này vào thế kỷ 17.

Trong một trong những thí nghiệm đầu tiên của mình, nhà vật lý người Anh William Gilbert đã sử dụng một que từ (một que gỗ nhỏ bọc trong lông động vật) để chứng minh rằng các vật liệu khác nhau có thể trở nên điện tích tĩnh sau khi chạm vào nhau.

Nhà vật lý người Pháp Charles Francois de Cisternay du Fay đã thực hiện các thí nghiệm để phát hiện ra sự tồn tại của hai loại điện tích tĩnh khác nhau, gọi là “điện tích âm” và “điện tích dương”. Sau đó, nhà vật lý người Mỹ Benjamin Franklin đã đưa ra ý tưởng về một mô hình điện tích hai cực, giúp mô tả chính xác hơn về hiện tượng tĩnh điện.

Trong những năm tiếp theo, nhiều nhà khoa học khác như Coulomb, Faraday và Maxwell đã tiếp tục nghiên cứu và phát triển lý thuyết về tĩnh điện.

Hiện nay, tĩnh điện được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp, y học và thiết bị điện tử và một số ứng dụng khác nữa, chúng ta sẽ đề cập rõ hơn ở phần sau của bài viết

Các cơ chế tạo ra tĩnh điện

Cơ chế sinh ra tĩnh điện trên vật liệu

Cơ chế tạo ra tĩnh điện trên vật liệu có thể phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Tuy nhiên, có một số cơ chế chính mà ta có thể sử dụng để giải thích hiện tượng này. Sau đây là một số cơ chế chính:

• Ma sát: Hiện tượng tĩnh điện có thể được tạo ra khi hai vật liệu chạm vào nhau và tách ra. Trong quá trình này, các hạt điện tích nhỏ trên bề mặt của vật liệu có thể bị tách ra và tập trung trên một bề mặt, tạo ra điện tích tĩnh.
• Tiếp xúc với vật liệu dẫn điện: Các vật liệu dẫn điện có khả năng chuyển dịch điện tử dễ dàng hơn so với các vật liệu bị cách ly điện. Khi một vật liệu cách ly điện tiếp xúc với một vật liệu dẫn điện, các điện tử có thể trôi chuyển từ vật liệu cách ly sang vật liệu dẫn điện, tạo ra một điện tích tĩnh trên vật liệu cách ly.
• Các quá trình hóa học: Một số quá trình hóa học, chẳng hạn như quá trình oxy hoá và khử, có thể tạo ra tĩnh điện. Khi một chất bị oxy hoá hoặc khử, điện tử có thể được tách ra khỏi nguyên tử hoặc ion và tập trung trên một bề mặt, tạo ra một điện tích tĩnh.

Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ chế tạo ra tĩnh điện

• Loại vật liệu: Mỗi loại vật liệu có tính chất vật lý và hóa học khác nhau, do đó có thể tạo ra lượng điện tích tĩnh khác nhau khi tiếp xúc với các vật liệu khác.
• Độ ẩm: Độ ẩm của vật liệu có thể ảnh hưởng đến khả năng dẫn điện của nó. Các vật liệu có độ ẩm cao hơn có thể dẫn đến giảm điện trở và tạo ra nhiều điện tích tĩnh hơn.
• Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự chuyển động của các hạt điện tích trên bề mặt vật liệu. Khi nhiệt độ tăng, các hạt điện tích có xu hướng di chuyển nhanh hơn, gây ra sự tách rời của các điện tích tĩnh.
• Áp suất: Áp suất cũng có thể ảnh hưởng đến tạo ra tĩnh điện trên các vật liệu. Áp suất thấp hơn có thể dẫn đến việc tách ra các hạt điện tích, tạo ra nhiều điện tích tĩnh hơn.
• Thời gian tiếp xúc: Thời gian tiếp xúc giữa các vật liệu cũng có thể ảnh hưởng đến lượng điện tích tĩnh được tạo ra. Khi thời gian tiếp xúc tăng, cơ hội cho các hạt điện tích để tách ra và tập trung trên một bề mặt cũng tăng lên.

Tác hại của tĩnh điện

Tác hại của tĩnh điện đối với con người

• Giật điện: Khi có tích điện tĩnh trên cơ thể con người, khi tiếp xúc với vật dẫn điện hoặc khi xảy ra sự xả điện, có thể gây giật điện. Cường độ giật điện phụ thuộc vào lượng điện tích và điện áp, và có thể gây ra chấn thương hoặc gây nguy hiểm đối với sức khỏe và tính mạng.
• Gây nổ: Trong một số môi trường công nghiệp nhất định, tích điện tĩnh có thể gây ra tình huống nguy hiểm, khi các điện tích tĩnh bất ngờ được giải phóng và gây ra một cú nổ. Điều này có thể gây thương tích nghiêm trọng cho con người và gây cháy nổ trong một số trường hợp.
• Gây rối tín hiệu: Tĩnh điện có thể gây ra nhiễu tín hiệu trong các thiết bị điện tử, gây ảnh hưởng đến hoạt động của các hệ thống điện tử như máy tính, điện thoại di động, thiết bị y tế và các thiết bị khác. Nhiễu tĩnh có thể làm gián đoạn kết nối, gây mất dữ liệu hoặc làm hỏng các linh kiện điện tử.
• Gây cháy nổ và cháy: Tĩnh điện có thể gây cháy nổ hoặc cháy trong một môi trường dễ cháy. Điện tích tĩnh có thể tạo ra tia lửa hoặc các điện cực nóng, gây cháy nổ hoặc cháy khi tiếp xúc với các chất dễ cháy hoặc chất dễ cháy.
• Gây hại cho thiết bị y tế: Tĩnh điện có thể gây hại cho các thiết bị y tế như máy phát xạ, thiết bị y tế như điện tim, máy tạo điện não, và các thiết bị y tế khác. Tĩnh điện có thể làm thay đổi hiệu suất hoạt động của các thiết bị này hoặc gây hỏng chúng, gây nguy hiểm đến sức khỏe và tính mạng của bệnh nhân.

Tác hại của tĩnh điện trong công nghiệp sản xuất

• Hút chất bụi: Trên các dây chuyền sản xuất, tĩnh điện có thể gây ra hiện tượng hút chất bụi lên các bề mặt và thiết bị. Chất bụi có thể gây tắc nghẽn hoặc gây hỏng các linh kiện và thiết bị, làm giảm hiệu suất sản xuất và tăng nguy cơ cháy nổ.
•  Nó có thể gây ra các sự cố kỹ thuật trong quá trình sản xuất. Nếu điện tích tĩnh không được kiểm soát và xử lý đúng cách, nó có thể gây ra các lỗi hoạt động trong các thiết bị và hệ thống, gây ra gián đoạn sản xuất và làm giảm hiệu suất.
•  Tĩnh điện có thể gây hỏng sản phẩm trong quá trình sản xuất. Điện tích tĩnh có thể làm bám chất bụi, tạp chất hoặc các hạt nhỏ lên bề mặt sản phẩm, gây ra khuyết điểm, vết bẩn hoặc chất lượng kém. Điều này có thể ảnh hưởng đến chất lượng và giá trị của sản phẩm.
• Tăng nguy cơ cháy nổ: Hiện tượng này có thể tạo ra tia lửa và gây cháy nổ trong môi trường dễ cháy. Khi có tích điện tĩnh trong không gian có chất khí dễ cháy hoặc hơi chất dễ bay hơi, có thể xảy ra cháy nổ và gây thiệt hại lớn cho các cơ sở sản xuất.
• Tác động đến môi trường: Có thể gây tác động tiêu cực đến môi trường. Các hạt nhỏ hoặc chất bụi bị tĩnh điện có thể lan truyền trong không khí và tiếp tục gây ô nhiễm không khí. Ngoài ra, các phương pháp xử lý tĩnh điện như phun sơn tĩnh điện cũng có thể gây ra phế thải và chất thải môi trường.

Ứng dụng của tĩnh điện

Hiện tượng này là hiện tượng tự nhiên như chúng ta đã tìm hiểu ở phần khái niệm, tuy nhiên hiểu rõ bản chất về hiện tượng tĩnh điện giúp chúng ta có thể ứng dụng nó vào trong cuộc sống và sản xuất. Cụ thể như sau:

• Sơn tĩnh điện: Đây là phương pháp sơn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Nó được phun lên bề mặt của vật liệu, sau đó được sấy khô bằng nhiệt độ cao. Nhờ hiện tượng này, sơn được tạo ra bởi các hạt sơn mang điện tích âm hoặc dương được hút vào bề mặt vật liệu mang điện tích ngược lại. Giúp cho quá trình bám dính nhau được chắc chắn hơn, độ bền cao hơn nhiều so với các dạng sơn bề mặt thông thường. Các loại van công nghiệp như van bướm, van cổng, van bi… Các phương pháp xử lý trên bề mặt van bao gồm phun sơn tĩnh điện, phủ tĩnh điện và phun cát tĩnh điện. Việc xử lý tĩnh điện trên bề mặt van giúp cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của van, từ đó tăng độ tin cậy và độ ổn định trong các quá trình sản xuất công nghiệp.
• Sản xuất giấy: Trong quá trình sản xuất giấy, hiện tượng này được sử dụng để loại bỏ bụi và các chất rắn khác trên bề mặt của giấy. Điện tích tĩnh được sử dụng để tách rời các hạt nhẹ như bụi hoặc các tạp chất từ sợi giấy, tạo ra một lớp giấy mịn và đẹp.
• Đóng gói sản phẩm: Tĩnh điện được sử dụng để đóng gói các sản phẩm như túi nilon, bao bì thực phẩm và bao bì vật liệu khác. Bằng cách sử dụng điện tích tĩnh, các bao bì có thể dính chặt với sản phẩm bên trong mà không cần sử dụng bất kỳ chất kết dính nào.
• Sử dụng trong các hệ thống lọc không khí, các dạng máy lọc không khí từ công nghiệp đến gia đình để loại bỏ các hạt nhỏ và vi khuẩn. Các hạt nhỏ được mang điện tích âm hoặc dương, sau đó được thu hút vào một bộ lọc mang điện tích ngược lại.
• Sản xuất dược phẩm: Tĩnh điện được sử dụng trong sản xuất dược phẩm để phân tách các hạt thuốc hoặc các chất rắn khác. Nó cũng được sử dụng để tạo ra các hạt thuốc nhỏ hơn để có thể dễ dàng hấp thụ vào cơ thể.
• Máy in: Trong các máy in laser, nó được sử dụng để tạo ra và kiểm soát điện tích trên bộ trục hình ảnh (imaging drum). Điện tích tĩnh được chuyển dịch trên bề mặt drum để tạo ra hình ảnh và thu hút mực từ trục hình ảnh đến giấy, tạo ra các bản in chất lượng cao.
• Máy photocopy: Ứng dụng trong các máy photocopy để tạo ra và kiểm soát điện tích trên bề mặt drum. Điện tích tĩnh được sử dụng để thu hút bột mực từ trục hình ảnh và sau đó chuyển lên giấy để sao chụp các tài liệu.
• Màn hình cảm ứng: Trong các màn hình cảm ứng,hiện tượng này được sử dụng trong các công nghệ như điện trở, điện dung hoặc điện từ để phát hiện và ghi nhận tương tác của người dùng. Tĩnh điện giúp xác định vị trí chạm và tạo ra phản hồi tương ứng trên màn hình.

Cách làm giảm hiện tượng tĩnh điện

Các phương pháp giảm tĩnh điện trong sản xuất công nghiệp

• Sử dụng chất điện dẫn: Việc sử dụng các chất điện dẫn như dung dịch muối, nước biển, nước có chứa các ion vô cơ như K+, Na+, Cl-… có thể giúp giảm đi điện tích
• Sử dụng thiết bị chống tĩnh điện: Máy phun ion hoặc thiết bị chống tĩnh điện ionization, có thể giúp loại bỏ được nó trên bề mặt các vật liệu.
• Kiểm soát độ ẩm: Chúng ta có thể được hạn chế bằng cách kiểm soát độ ẩm trong không khí. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng máy điều hòa hoặc máy tạo độ ẩm.
• Sử dụng đất kết nối: Đất kết nối có thể được sử dụng để giảm tĩnh điện. Điều này đảm bảo rằng tất cả các vật liệu trong khu vực sản xuất đều có thể được kết nối với một điểm chung, giúp loại bỏ tĩnh điện.
• Sử dụng vật liệu chống tĩnh điện: Các vật liệu chống tĩnh điện như vật liệu chống tĩnh điện (ESD) và các loại sợi chống tĩnh điện có thể được sử dụng để ngăn chặn hiện tượng này. Các loại vật liệu này có thể được sử dụng để làm quần áo, tấm lót, đệm chống tĩnh điện và vật liệu bọc.

Các phương pháp giảm tĩnh điện trong cuộc sống

Chúng ta có thể áp dụng các phương pháp này để giảm đi hiện tượng tĩnh điện ảnh hưởng đến công việc và cuộc sống:

• Sử dụng các vật liệu chống tĩnh điện: Các vật liệu chống hiện tượng này như quần áo, giày dép, tấm lót, đệm chống tĩnh điện và các loại vật liệu bọc, giúp loại bỏ điện tích tụ trên cơ thể.
• Sử dụng máy tạo ion âm: Các máy tạo ion âm giúp phân tán các ion âm vào không khí xung quanh, loại bỏ các điện tích tĩnh trên cơ thể.
• Kiểm soát độ ẩm: Tĩnh điện có thể được hạn chế bằng cách kiểm soát độ ẩm trong không khí. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng máy điều hòa hoặc máy tạo độ ẩm.
• Sử dụng chất điện dẫn: Việc sử dụng các chất điện dẫn như dung dịch muối, nước biển, nước có chứa các ion vô cơ như K+, Na+, Cl-… có thể giúp giảm hiện tượng này

Các bạn thân mến, như vậy là chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về tĩnh điện là gì? Cơ chế tạo ra nó như thế nào. Hiện tượng này cũng là một vấn đề cần giải quyết trong quá trình sản xuất công nghiệp, nó ảnh hưởng đến máy móc, thiết bị, sản phẩm và cả con người của chúng ta. Cùng với đó chúng tôi cũng nêu ra một số phương pháp làm giảm đi hiện tượng này. Tuy nhiên, tĩnh điện cũng được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp sản xuất hiện đại ngày nay.  Cảm ơn các bạn đã đồng hành cùng chúng tôi trong chủ đề này, hẹn gặp lại ở các bài viết sau