Научно-исследовательская работа «Статическое электричество: изучить и обезвредить»

Автор: Пустозёров Дмитрий 7 класс, МБОУ «СОШ № 18»

Научный руководитель: Щербинина Галина Геннадиевна, учитель физики МБОУ «СОШ № 18»

Введение

В настоящее время сложно найти человека, который бы не встречался с таким явлением, как статическое электричество. Волосы, прилипшие к расчёске, потрескивающая одежда, пылевой слой на экране телевизора, резкое покалывание в пальце от случайного прикосновения к предмету… Трудно поверить, что все эти факторы не влияют на здоровье человека, его настроение и работоспособность. Изучение литературы по данной теме показало: воздействие статического электричества на организм человека – малоизученная область. Большинство исследователей придерживаются точки зрения, что в основе действия статического электричества на организм человека лежит нейрорефлекторный механизм [1].При этом раздражаются нервные окончания кожи, в тканях организма происходит изменение ионного состава. Все эти изменения на молекулярном и клеточном уровнях приводят к существенным жалобам у людей, которые постоянно ощущают на себе воздействие статического электричества. Появляются повышенная утомляемость, раздражительность, плохой сон. Подмечено, что у людей, длительно подвергающихся воздействию статического электричества, могут возникать различные симптомы:

функциональные нарушения в деятельности центральной нервной системы;

спазм сосудов, способный вызвать повышение артериального давления;

чрезмерная эмоциональность и раздражительность;

головные боли;

нарушения аппетита и сна;

возникновение фобий, постоянная боязнь вновь получить электрический разряд и ту боль, которая за ним последует.

Однако утверждать, что воздействие статического электричества приводит к развитию конкретных заболеваний, нельзя. Но ведь рисковать, согласитесь, не хочется…. Возможно ли уменьшить негативное воздействие статического электричества? Всякая ли одежда одинаково подвержена этому явлению? Какие же виды тканей более предпочтительны?

Для выявления отношения к электризации предметов и одежды, влияния ее на самочувствие людей была составлена анкета и проведен опрос учащихся МБОУ « СОШ №18», их родителей и учителей. В опросе участвовало 37 человек: 24 учащихся 7 классов и взрослых - 13 человек. Анализ полученных результатов показывает: все участники опроса знают, что такое статическое электричество, неоднократно сталкивались с данным явлением, но не все знают, как оно влияет на организм человека, не задумывались о том, что нужно изменить в своем гардеробе, чтобы не было «мучительно больно»… Учитывая интерес одноклассников к поднятой нами теме и ее актуальность, мною была сформулирована следующая цель научно - практической конференции: изучить распространенные в быту способы уменьшения влияния статического электричества на самочувствие людей.

Поставленная цель определила следующие задачи:

Выявить влияние электризации на здоровье человека, его настроение и работоспособность;

Изучить влияние типа ткани на способность накапливать электрический заряд при трении и возможность использования различных антистатиков для уменьшения электростатического заряда на одежде.

Разработать:

• методику проведения эксперимента по определению степени электризации различных видов тканей и определению эффективности использования бытовых антистатиков.

по результатам проведенных исследований составить обобщающие таблицы и дать практические рекомендации по выбору тканей для гардероба людей наиболее чувствительных к проявлениям статистического электричества;

проверив экспериментально соотношение «цена - эффективность» дать рекомендации по использованию антистатиков.

Методы исследования:

Обработка и анализ материалов различных источников информации;

Анализ собранной информации, статистическая обработка результатов, составление сводных таблиц.

Объект исследования: статическое электричество.

Предмет исследования: способы уменьшения статического электричества в быту.

Гипотезы:

одежда из натуральных тканей позволяет избежать накапливания электрических зарядов и предотвратить вредное воздействие электризации на организм человека;

использование антистатиков - эффективный способ нейтрализации статического электричества.

Практическая значимость состоит в возможности применения полученных результатов для уменьшения воздействия статического электричества, улучшения самочувствия, применения способов защиты и борьбы с ним.

Теоретическая часть

I.1. Из истории статического электричества

Как не странно, но электричество существовало всегда. Феномен статического электричества и его эффекты известны человечеству с древности. Древние греки очень любили украшения и поделки из янтаря (янтарь - окаменевшая смола хвойных деревьев), названного ими за его цвет и блеск «Электрон», что означает «Солнечный камень». Древнегреческий ученый Фалес (VII-VI в. до н.э.) заметил, что натертый о шерсть янтарь притягивает к себе легкие кусочки различных материалов (соломинки, шерстинки). Под действием силы тяжести они должны были падать вниз, но какая-то сила не давала им этого сделать. Этот простой опыт заставил человека обратить внимание на столь удивительное явление, как электричество. В те времена явление объяснить не могли, списывая на волшебство и магию. В действительности, причиной этому служит, так называемое, «статическое электричество» [6].

Наши далекие предки от депрессий они не страдали, статического электричества на них не было, так как люди находились в постоянном контакте с землей. Время шло, человечество все больше изолировало себя от почвы, начав носить одежду и обувь, правда, шили их все-таки из натурального сырья. Но настоящее «торжество» статистического электричества над человеком начинается с появлением синтетических тканей. Жизнь человека намного облегчилась, т.к. одежда стала более прочной и устойчивой к износу. Но одновременно с комфортом синтетика стала причинять и некоторые неудобства, среди которых – появление статического электричества. Треск, искрение, ощущение ударов током – не самое лучшее, что может подарить любимый свитер или жакет, но на практике такие разряды серьезной опасности для здоровья не представляют, хотя и не очень неприятны. Гораздо хуже, что наэлектризованные изделия неэстетично прилипают к телу и притягивают к себе частицы пыли. Известно также, что длительное пребывание в наэлектризованной одежде может вызвать головную боль, а стекающий с тела электрический заряд может выводить из строя микросхемы. Одежда из синтетических материалов мешает «стекать» с тела человека статическому электричеству, напротив, она при каждом движении еще и вырабатывает дополнительную порцию электричества. В итоге человек становится похож на генератор. И сегодня человек в основном освобождается от электрического заряда, только умываясь или принимая ванну[9].

I.2. Причины возникновения статического электричества

Электрические заряды, возникающие при электризации трением, называют статическим электричеством. Один из способов возникновения статического электричества – это трение между телами. Трение одежды из шерсти или из синтетических материалов о тело человека, трение подошвы обуви о линолеум или другое искусственное покрытие пола, трение пластмассовой расчески о волосы и т.д.

При трении происходит перераспределение электронов. В итоге на одном теле скапливаются положительно заряженные частицы, на другом – отрицательно заряженные, которые начинают взаимодействовать друг с другом - притягиваться. В качестве примера можно привести расчесывание волос пластмассовой расческой. Сам процесс расчесывания – это трение одного тела о другой – пластмассовой расчески о волосы, в результате чего волосы и расческа электризуются, и волосы начинают притягиваться к расческе, а если расческу убрать, то волосы просто «стоят дыбом». Это происходит потому, что каждый волос заряжен положительно и, соответственно, старается оттолкнуться от соседнего волоса, имеющего такой же заряд (одноименные заряды отталкиваются). То же самое происходит и при контакте подошвы обуви с синтетическим покрытием пола, а затем их разделение. И повторяется это многократно, в результате чего на теле человека накапливается электрический заряд[12].

В большей степени статическое электричество проявляется зимой, когда воздух очень сухой. Летом воздух более влажный и пары воды в воздухе помогают электронам «уйти» от нас быстрее, поэтому мы не можем накапливать на себе большой электрический заряд. Еще никого не убил удар током от ковра. Ток, освободившийся во время такого удара, слишком слаб, чтобы повредить кому-либо. Но настроение эта неприятность может испортить-проверено мной и моими одноклассниками неоднократно.

1.3 Воздействие статического заряда на организм человека

Электризация тела человека происходит постоянно. Очень часто источником статического электричества может быть белье из искусственных тканей, костюмы, обувь на каучуковой подошве и другие легко электризуемые материалы за счет трения. Искусственные ткани оказывают влияние на электрохимические свойства кожного покрова, нарушают его газовый обмен с окружающей средой (тело не «дышит») и воздействует на биологически активные точки, расположенные на теле вдоль энергетических меридианов. Поэтому врачи рекомендуют носить белье и одежду из натуральных тканей (хлопок, лен)[8]. Горожане ходят по асфальту, живут в домах, полных синтетических материалов и постепенно превращаются в разновидность конденсатора, который при малейшем контакте искрит. Как электричеством, так и конфликтами.… В результате электризации в квартирах создаются положительно заряженные поверхности, которые, подобно пластинкам конденсаторов, притягивают частицы пыли и отрицательно заряженные ионы, уменьшая содержание последних в воздухе. Это отражается на самочувствии людей. Электризация материалов часто препятствует нормальному ходу технологических процессов производства, а так же создает дополнительную пожарную опасность вследствие искрообразования при разрядах. Отрицательно заряженные ионы укрепляют организм человека, а положительные имеют противоположный эффект и чаще всего вызывают ощущение усталости. Надевая синтетику, выделяющую при трении положительные заряды, нам не совсем уютно и приятно. Прикасаясь к синтетике можно получить и солидный удар током. По законам физики наибольшее накопление зарядов происходит в более удаленных местах. Для человека – это ладони, стопы ног, голова. Конкретно там и должны накапливаться отрицательные ионы, нормализующие кровоснабжение. Одев зимой синтетические носки, изолирующие тело от поступления отрицательных ионов, можно отморозить ноги, так как кровь в них перестает протекать. Происходит блокировка кровоснабжения положительными зарядами от синтетики. Душноватая комната – это не только мало кислорода. В такой атмосфере мало отрицательных ионов. Не имея способности накапливать на своем теле отрицательный заряд, организм обрекает себя на кислородное голодание, усталость и утомление, на поверхности тела возникает зуд, аллергические реакции [2].

I.4. Средства защиты от статического электричества

Чтобы предотвратить такие неприятные последствия необходимо правильно подобрать материал, из которого будет сшита ваша одежда, и использовать средства для нейтрализации статического электричества - антистатики.

Виды антистатиков

Спрей, распыляемый на одежду, стоит разделить на два подвида.

• Первый содержит этиловый спирт. Он довольно быстро испаряется с поверхности одежды, но токсичен, и после него остается стойкий запах, небезопасный для здоровья. По этой причине нужно наносить антистатик на ткань только в помещении с доступом к свежему воздуху.

• Другой вид спрея, снимающего электричество, создан на основе воды и считается практически безопасным. Хотя, стоит признать, что до полной гипоаллергенности ему, разумеется, далеко, ведь речь идет о «химии». И, несмотря на то, что с первым видом антистатика его роднят, пожалуй, лишь поверхностно-активные вещества (ПАВ), средство на водной основе остается на одежде, что тоже может причинить вред. На этот раз, контактным путем раздражая кожу[4].

Если после пользования тем или иным спреем возникла аллергия, то нужно немедленно от него отказаться. Взамен лучше подобрать пасту для растворения в воде или мягкий бальзам-ополаскиватель для белья. Они сегодня существуют даже для детских вещей, поэтому риск негативной реакции сводится к минимуму.

Глава 2. Практическая часть.

2.1 Анкетирование.

Для выявления отношения к электризации предметов и одежды, влияния ее на самочувствие людей составлена анкета и проведен опрос учащихся МБОУ

« СОШ №18», их родителей и учителей. В опросе участвовало 37 человек: 24 учащихся 7 классов и взрослых - 13 человек.

В результате опроса получены следующие данные:

1. Электризацию предметов и одежды замечают, и поэтому испытывают некоторые неудобства все респонденты, независимо от возраста.

2. Мера неудобства или физического дискомфорта причиняемого электризацией одежды или предметов:

электризация причиняет очень большие неудобства- 3% опрошенных;

с ней часто приходится считаться – 26%;

иногда замечают ее - 62%;

привыкли к проявлениям признаков наэлектризованности и очень редко придают им значение –11% респондентов.

3. Проблемы, причиняемые статическим электричеством:

длительное пребывание в наэлектризованной одежде может вызвать головную боль, физическое недомогание – так считают 2% опрошенных;

неприятен электрический разряд при взаимодействии с предметами и в контакте с другими людьми для 70% участников опроса;

пыль и пух, притягивающиеся к одежде, мешают 15% опрошенных;

неэстетично прилипающая к телу одежда, тревожит 55% респондентов.

3% респондентов не уверены в причинах проявления признаков аллергии, сухости кожи, затруднения дыхания, но допускают вероятность влияния статического электричества на свое самочувствие.

4. Способы «борьбы» с накоплением заряда на одежде, предметах и поверхности тела человека:

покупка одежды, белья из натуральных тканей - 20%;

легкое увлажнение и чистка влажной щеткой поверхности одежды - 5%;

использование антистатиков для обработки поверхности одежды -98 %;

приобретение обуви на токопроводящей подошве - 2%;

использование металлических дверных ручек, канцелярских ручек, металлических браслетов – 13%;

проведение частых водных процедур -5%.

5. Оценка эффективности способов уменьшения электризации:

допускаются ошибки при выборе одежды (незнание об электризации различных тканей и нитей, подводит накопленный жизненный опыт) - 30%;

кратковременность применяемых мер (увлажнения, использования антистатиков) – 98 %.

Результаты опроса показали, что на первом месте в ряде проблем, создаваемых статическим электричеством, указывают неприятные болевые ощущения, возникающие в случае электрического разряда при взаимодействии с предметами и в контакте с другими людьми (показали 70% опрошенных). Установлено, что одним из самых распространенных мер «борьбы» с электризацией в быту является использование антистатиков для обработки поверхности одежды -98 %.Но, наиболее распространенная проблема, с которой столкнулись респонденты – незнание электростатических свойств нитей и тканей при выборе одежды (79%).

2.2. Определения степени электризации различных видов тканей.

Для определения степени электризации различных видов тканей как основного условия решения проблемы выбора одежды, проведен эксперимент 1.

Для проведения эксперимента был использован школьный прибор

« Султанчик». Для изготовления «Султанчиков» использовались нити основных видов тканей. Для взвешивания лепестков и нитей использовались электронные весы. При подборе различных видов тканей получена консультация и помощь специалиста по технологии материалов.

Достоверность эксперимента затруднена по следующим причинам:

- количество статического электричества зависит от влажности воздуха;

- передача заряда осуществляется палочкой, заряженной в результате трения, а величина заряда зависит от площади соприкосновения электризующихся тел, что затрудняет создание абсолютно одинаковых условий;

- разные ткани в разной степени впитывают влагу.

Чтобы избежать значительных погрешностей измерений, эксперимент проведен:

во-первых, многократно;

во-вторых, измерения проводились в помещениях с низкой влажностью воздуха.

После каждого прикосновения к прибору заряд с палочки снимался путем прикосновения к ней руки. Палочки электризовалась однообразными движениями при максимальной площади соприкосновения с шелком, шерстью или тканью из другого материала. Степень наэлектризованности определялась по углу расхождения лепестков или нитей: чем больше на поверхности ткани заряд, тем больше угол расхождения между ее лепестками и нитями.

Для измерения этого угла использовался школьный транспортир.

Результаты многократных измерений углов расхождения нитей «Султанчика» занесены в таблицу 1 ,средний показатель представлен на диаграмме.

2.3. Влияние антистатиков на уменьшение степени электризации различных видов тканей.

Сейчас на отечественном рынке представлено достаточно большое количество антистатиков производства отечественных и заграничных фирм, а их реклама отнимает много времени у любителей телесериалов. Разброс цен на антистатики также значителен, поэтому довольно важно сравнить их по основному параметру - способности снижать электростатический заряд на ткани. Сравнение эффективности использования тех или иных жидких антистатиков проводилось на основе установления соотношений качество/цена, которое и является главным показателем для потребителя (было получено при делении степени ослабления электризации на стоимость 1 л антистатика).

Образцы были предварительно постираны в тазике с использованием порошка "Лоск-автомат". Затем все образцы были обработаны антистатиками в соответствии с инструкциями по применению. После этого каждый предварительно высушенный образец 10 раз прогладили бытовым электроутюгом, и провели эксперимент так, как описано в первой серии экспериментов. Полученные результаты представлены в таблицах3-6.

3. Заключение.

В ходе подготовки к научно-практической конференции мне удалось решить следующие задачи:

Выявить влияние электризации на здоровье человека, его настроение и работоспособность;

Изучить влияние типа ткани на способность накапливать электрический заряд при трении и возможность использования различных антистатиков для уменьшения электростатического заряда на одежде.

Для этого я разработал:

• методику проведения эксперимента по определению степени электризации различных видов тканей и определению эффективности использования бытовых антистатиков;

по результатам проведенных исследований составил обобщающие таблицы и попытался практические рекомендации по выбору тканей для гардероба людей наиболее чувствительных к проявлениям статистического электричества;

проверив экспериментально соотношение «цена - эффективность» составил рекомендации по использованию антистатиков.

Проделанная работа позволяет сделать следующие выводы:

статическое электричество отрицательно влияет на самочувствие людей и вызывает различные неудобства;

знание степени электризации различных видов нитей и тканей способствует правильному выбору одежды, и, следовательно, снижению влияния статического электричества на организм человека;

самой распространенной и эффективной мерой снижения влияния электризации на самочувствие – приобретение одежды из слабо электризующихся тканей, использование антистатиков.

В результате проведения эксперимента №1 установлено:

наибольшей степени электризации подвержены синтетические ткани (средний угол расхождения нитей – 44,4°);

сильно электризуется натуральная шерсть (средний угол расхождения 33,6°);

меньшей степени электризации подвержен шелк (19,2°);

слабо электризуются хлопчатобумажные ткани (13,8°).

На основе полученных результатов даны рекомендации для пополнения гардероба людям, наиболее страдающим от воздействия статического электричества.

В результате проведения эксперимента №2 установлено:

Наиболее эффективным оказался недорогой антистатик, зачем-то названный изготовителями заграничным словом "Help" (помощь). Он неплохо зарекомендовал себя на всех видах ткани в соотношении «качество/цена», хотя отзывов о нем в Интернете нет, да и само средство смогли приобрести только в Челябинске.

Неплохо зарекомендовали себя средства «Е» и «Lenor», хотя в разных магазинах цены на них значительно отличались друг от друга, да и « Страна-производитель» значилась разная, что могло повлиять на объективность определения эффективности их использования.

Жидкость "Березка", которая является не чистым антистатиком, а средством для стирки с антистатическим эффектом, оказалась малоэффективной для всех видов тканей.

В целом результаты, полученные мной в ходе выполнения эксперимента №2, не противоречат исследованиям, описанным в [3], что свидетельствует о возможности использования разработанной и описанной выше методики для изучения явления электризации и эффективного влияния на ее последствия.

Приложения

1.Опыт №1.

Определение степени электризации различных видов тканей

Таблица 1.

Зависимость среднего показателя угла расхождения нитей от вида ткани при электризации.

Опыт №2. Определение эффективности бытовых антистатиков.

Таблица 2.Информация по бытовым антистатикам, использованным при выполнении практической части работы.

Таблица 3.Эффективность использования антистатиков на хлопчатобумажных тканях.

Таблица 4.Эффективность использования антистатиков на шелковых тканях.

Таблица 5.Эффективность использования антистатиков на шерстяных тканях.

Таблица 6.Эффективность использования антистатиков на синтетических тканях.

 

Список литературы

Большая детская энциклопедия (интерактивное путешествие в мир знаний) ЗАО « Новый диск»,2008

Станкевич К.И. Биологическое действие и гигиеническая регламентация статического электричества, накапливаемого на синтетических полимерных материалах // Пластмассы. — 1975г.

Как правильно выбрать антистатик, Ю. Орлова, газета "Известия",2004

Ивашкина Д.А. Лабораторные исследования /физика. Прилож. к газете «1 сентября», 2007 г.

Малая медицинская энциклопедия. — М.: Медицинская энциклопедия. 1991—96 гг.

Хван Т.А., Хван П.А. Безопасность жизнедеятельности. - Ростов н/Д: Феникс, 2001. - 352 с.

Интернет-ресурс http://www.ostec-smt.ru/

http://www.solnet.ee/ Детский портал « Солнышко»

http ://www.electrik.info

http ://www.electrofaq.com

Энциклопедия юного ученого. Электричество. Компьютеры», Москва « Росмен», 2000.

Энциклопедия « История открытий», Москва « Росмен», 1997

Энциклопедия « Юному эрудиту обо всем», Москва, « Махаон», 2008