Elektrosztatikus feltöltődések

Átírás

1 Elektrosztatikus feltöltődések avagy a töltések világa Kamarás Péter 2017.április

2 Az atomszerkezetekben az atommag pozitív, a körülötte keringő elektron negatív töltésű. Vannak olyan anyagok, amelyekben az atommaghoz kötődő elektronokon kívül un. szabad elektronok is léteznek. - ahol elektronhiány van, ott pozitív jellegű az anyag - ahol elektronfelesleg van, ott negatív jellegű az anyag ha a kétféle anyag találkozik, a töltések egymást vonzzák, kiegyenlítődnek

3 Töltések fizikája Az elektromos töltés mennyiségének méréséhez szükségünk van valamilyen egységre. Az elektromos töltés jele: Q mértékegysége a coulomb, amelynek jele C egy test elektromos töltése mindig az elektron töltésének egész számú többszöröse az elektron töltése coulomb-ban kifejezve -1.6 * 10 C ez azt jelenti, hogy 6,25 trillió elektron töltése 1 C -19

4 A pontszerű töltések közötti kapcsolat erőhatással jellemezhető. Coulomb mérései alapján az erő (F) függ a töltések nagyságától (Q), a távolságuktól (r) és a töltések közötti anyag jellemzőjétől (k). Coulomb törvénye F = k * Q r² 1 Coulomb értékű töltés a tőle 1 m távolságra lévő 1 Coulomb 9 értékű töltésre 9 * 10 N erővel hat Charles Auguste de Coulomb ( )

5 a töltések a térben egymásra erőhajtást fejtenek ki ez az un. elektromos erőtér Jellemzője a térerősség (E) E = töltésre ható erő (F) töltés mennyisége (Q)

6 két töltés közötti energiaszint azt jelenti, hogy mekkora munka lenne, ha az egyik töltés a másikhoz eljutna ez a munka (pontenciálkülönbség) a feszültség jele U két elektródára (pl. két fémlemezre) vitt töltések között fellépő U feszültség arányos Q töltéssel Q = C * U C arányossági tényező, mely az elektródák méretétől, anyagától és a teret kitöltő a két elektróda között lévő szigetelőanyagtól függ ez a kapacítás

7 mértékegysége a farad (F) 1 F annak a rendszernek a kapacítása, amelyen 1 C töltés 1 V feszültséget létesít F = 1 µf (mikrofarad) F = 1 nf (nanofarad) F = 1 pf (pikofarad) Michael Faraday ( )

8 Töltéstárolók (kondenzátorok) Leiden-i palack

9 Sikkondenzátor

10 + + DC esetén a töltések felhalmozódnak, majd megáll a töltésáramlás a szigetelőréteg miatt DC esetén a kondenzátor szakadást jelent! ~ AC esetén a töltések a frekvenciának megfelelő ~ értékben felhalmozódnak, lecsökkennek a két fegyverzet villamosan helyet cserél AC esetén a töltések folyamatosan áramlanak, a kondenzátor ellenállásként működik (kapacitiv ellenállás)!

11 a síkkondenzátor kapacitása függ a lemezek felületétől (A), távolságuktól (d) és a köztük lévő anyagtól (ε dielektromos állandó) C = ε* A d dielektromos állandó a légüres tér és a szigetelőanyag tulajdonságától függ átütési szilárdság ekkora feszültség még nem üti át a szigetelést

12 Forgó kondenzátor

13 Fólia kondenzátor

14 Kerámia kondenzátorok

15 Elektrolit kondenzátor A katód és anód közötti anyag csak egyféle polaritást visel le, az elektrolit kondenzátor csak egyenfeszültségnél használható!

16 a túlfeszültség sem tesz neki jót kondenzátor

17

18 A kondenzátor töltéseket energiát- képes tárolni. R L C di 1 u = i * R + L* + i dt dt C állandó érték időtől függő érték Lés Cértéke határozza meg a tranziens folyamatok idejétés jellegét

19 U ~ U ~ U = C R U = t t U = c t szűrés kondenzátorral

20 szűrés nélkül U = = 0.9 * U ~ kondenzátor hatására kisebb lesz az egyenfeszültség ingadozása és nagyobb a tényleges értéke U = = 1.41 * U ~

21 kondenzátoros időrelé (egyenáramú körben) a relé tekercse induktivitásnak tekinthető LC kör kikapcsolásakor rezgőkör alakul ki gyakorlati érték: 24 V/DC esetén 4700 uf-al 3-4 sec kikapcsolás késleltetés érhető el

22 Elektrosztatikus feltöltődés különböző anyagok érintkezése során villamos töltések áramlása indulhat meg, töltésfeleslegek vándorolhatnak egy helyre (megemelve a hely potenciálját) okozója az emberi test is lehet -padlószőnyegen való járáskor 35 kv is lehet a különbség -PVC-tasak felemelése, kézbevételekor kb. 7 kv-os feltöltődést okozhat a kisülési energia kicsi, emiatt nem okoz problémát az embernek félvezetős áramkörök egyes típusai érzékenyek ilyen energiára

23 Az atomszerkezetben az atommag pozitív, a körülötte keringő elektron negatív töltésű. Vannak olyan anyagok, amelyekben az atommaghoz kötődő elektronokon kívül un. szabad elektronok is léteznek. - ahol elektronhiány van, ott pozitív jellegű az anyag - ahol elektronfelesleg van, ott negatív jellegű az anyag ha a kétféle anyag találkozik, a töltések egymást vonzzák, kiegyenlítődnek

24 a jegyzékben szereplő bármely két anyagot összedörzsölve az egyik pozitív, a másik negatív elektromos töltésű lesz, függően a töltési rangsortól haj, szőr flanell toll gyapot + töltés selyem nylon papír ebonit fémek -töltés

25 Emberi feltöltődések - öltözködéskor téli ruházat esetén - mozgás közben a rajtunk lévő ruházat töltődik fel ha így feltöltődve találkozunk a töltésünket felvevő anyaggal, töltésáramlás, energia átvitel szikrázás - jön létre ennek kivédésének egyszerű formája veszélyes környezetben a ruhával fémhez dörgölőzünk (pl. kilincs, szék), így az emberi test nem vesz részt a töltésáramlásban ha elektronikus készüléken keresztül történik a töltésáramlás, akkor a készülék tönkremehet!

26 Elektrosztatikai generátorok Wimshurst-féle influenciagép

27 Van de Graaff-féle generátor

28 a feltöltődés nagysága függ az anyagok tulajdonságaitól, a földelési viszonyoktól és a környezet nedvességtartalmától Védelmi megoldások - elektrosztatikusan vezető cipő - min. 65 % pamutot tartalmazó ruházat - kerülni a műszálas ruházatot - magas nedvességtartalmú helyiség - javításhoz földelt szerszámokat kell használni - a csuklón földelő pánt alkalmazása

29 csuklóra szerelhető földelőpánt földelő sarokpánt földelő cipő

30 Elektrosztatika alkalmazásai Levegő/gázok tisztítása

31 Fénymásoló/lézernyomtató forgó henger fényérzékeny dob fény

32 papír festék

33 Kapacitív közelítéskapcsolók A kapacitív érzékelők aktív eleme egy kondenzátor, amely egy tárcsa alakú elektródából és egy, az aktív felületet határoló, kehely formájú, félig nyitott fegyverzetből áll, mely egy elhangolható rezgőköri kapacitású RC oszcillátorhoz kapcsolódik. A kapacitív közelítéskapcsoló a hatósugarába kerülő, a kapacitás megváltozását eredményező tárgyakat érzékeli. Így nemcsak a fémekre, hanem a szigetelőanyagokra is kapcsol.

34 Érintésre működő kezelőfelületek A kezdeti hiányosságok az évek során eltűntek és ma már a legtöbb érintőképernyő gyártó (V-Touch, 3M Microtouch, ELO touch) többféle elven működő érintőszenzorokkal támogatja a piacot. - ellenállásos technológia - kapacitiv technológia - piezoelektromos technológia - infravörös technológia

35 Rezisztív technológiájú -az érzékelést egy üveglapra kasírozott dupla fóliára felvitt ellenállásréteg végzi -a nyomás pontos helyzetét a két lap között létrejövő ellenállás alapján határozza meg a vezérlő -használható akár védőkesztyűben és különböző mutatóeszközökkel is - kisebb felbontású, így grafikai célokra nem ajánlott -felhasználási területe: banki terminálok, ügyfélhívó rendszerek, ipari automatika, olcsóbb kategóriájú érintőképernyős mobileszközök

36

37 Kapacitív technológiájú -az érzékelést egy üveglap felületére gőzölt, sűrű kondenzátor mátrix végzi -az érintés helyzetét a kapacitás változásából számolja ki a vezérlő egység - víztiszta felület - ez a legelterjedtebb technológia - csak szabadkézzel érinthető - nagy felbontású érzékelő mátrix -felhasználási területe: nyerő és játékgépek, zenegépek, terminálok, valamint a jobb minőségű mobil telefonok és tabletek

38

39 Előretolt kapacitív technológiájú -az érzékelést, az érzékelő üveg felülete felett (akár 10 mm távolságban is) található statikus réteg végzi -nincs szükség a fizikai kontaktusra, a statikus réteg töltésváltozását figyeli a vezérlő egység -akár üveglap vagy csempe mögé is építhető -így tökéletesen vandálbiztos, szigetelt érzékelő felület alakítható ki -felhasználási területe: kirakatban levő információs és reklám terminálok, interaktív játékok, különleges épületgépészeti megoldások

40

41

42

43

44

45 SAW (surface acoustic wave) technológiájú -a szenzor sarkain levő piezoelektromos oszcillátorok az üveg felületét nagyfrekvenciás hanghullámokkal borítják -az érzékelést ez a "hullámtér" végzi. -érintés esetén a vezérlő a megtört hanghullámok reflexiói és interferenciái alapján határozza meg az érintés helyét -nincs a felületre gőzölt érzékelő réteg ezért a szenzor érzéketlen a karcolásokra -felhasználási területe: terminálok, utcai automaták, jegyautomaták

46 Infravörös technológiájú -az érzékelést, az érzékelési terület körül elhelyezett infra szenzorok végzik -az érintő felület felett kialakított infravörös háló megszakítását érzékeli a vezérlő - kifejezetten nagy érintőfelületek kialakításához ideális ( 17" - 160"!) -mivel az érzékelők nem az üveg felületén helyezkednek el így az érzékelést nem befolyásolja az üveg állapota - beltéri használatra -felhasználási terület: e-könyv készülékek, nagyméretű infoterminálok, interaktív játékok, oktató és kísérleti eszközök