Mặc dù tĩnh điện không phải là hiện tượng mới, nhưng những tác động của nó lại rất ít được chú ý cho đến khi chúng gây ra sự cố nghiêm trọng, từ hỏng hóc thiết bị điện tử đến sự cố cháy nổ. Tuy nhiên, tĩnh điện và hiện tượng xả tĩnh điện vẫn đang là một trong những vấn đề quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực điện tử và công nghệ cao.
Trong bài viết này, Thái Quảng sẽ cùng bạn tìm hiểu về “ESD là gì, ESD xuất hiện ở đâu, và các ví dụ hiện tượng ESD trong tự nhiên” nhằm giúp bạn hiểu rõ hơn về một trong những hiện tượng phổ biến nhưng cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro này.
ESD là gì?
ESD (Electrostatic Discharge) là hiện tượng xả tĩnh điện, là sự di chuyển của điện tích giữa hai vật thể có sự chênh lệch điện thế. Nó xảy ra khi một vật thể tích trữ điện tích và tiếp xúc với một vật thể khác có điện tích khác biệt, dẫn đến sự xả điện năng qua tiếp xúc hoặc gần như tiếp xúc. Và ESD là một hiện tượng phổ biến trong cuộc sống hàng ngày và có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt là trong các lĩnh vực công nghệ, điện tử và các ngành công nghiệp nhạy cảm.
Giải thích thêm:
Tĩnh điện là một hiện tượng thường gặp, xảy ra khi có sự tích tụ điện tích trên bề mặt của vật thể do sự ma sát hoặc tiếp xúc giữa các vật liệu khác nhau. Tĩnh điện có thể tích tụ trên cơ thể người, quần áo, thiết bị điện tử hoặc các vật liệu cách điện.
Khi điện tích này gặp một vật thể có điện thế khác hoặc nối với mặt đất, sự xả điện năng (ESD) sẽ xảy ra, tạo ra một dòng điện ngắn nhưng mạnh mẽ. Các hiện tượng ESD này có thể gây hỏng hóc các thiết bị điện tử, làm gián đoạn hoạt động của các hệ thống hoặc thậm chí gây cháy nổ trong những điều kiện đặc biệt.
Tĩnh điện được sinh ra như thế nào?
Ma sát
Đây là cách phổ biến nhất để tạo ra tĩnh điện, vì khi hai vật liệu cọ xát vào nhau thì electron (mang điện tích âm) có thể di chuyển từ vật này sang vật kia và tạo ra sự mất cân bằng điện tích.
Ví dụ: Khi bạn chà quả bóng bay vào tóc, bóng bay sẽ nhận electron từ tóc và trở nên mang điện tích âm, trong khi tóc mất electron và mang điện tích dương. Kết quả? Tóc bạn có thể dựng đứng lên vì bị hút về phía bóng bay!
Tiếp xúc và tách rời
Tĩnh điện cũng có thể xuất hiện khi hai vật liệu chạm vào nhau rồi tách ra. Trong quá trình này thì electron có thể chuyển từ bề mặt này sang bề mặt kia làm một vật mang điện tích.
Ví dụ: Khi bạn bóc một lớp màng ra khỏi cuộn màng, ma sát và sự tách rời giữa lớp màng và cuộn màng khiến nó mang điện tích. Và đây là lý do bạn có thể thấy lớp màng có thể “hút” các mẩu giấy nhỏ khi đưa lại gần.
Cảm ứng điện
Tĩnh điện còn có thể được tạo ra mà không cần tiếp xúc trực tiếp mà nhờ vào ảnh hưởng của một vật mang điện tích gần đó. Trường điện của vật mang điện tích có thể làm các electron trong vật thể khác di chuyển và tạo ra sự phân bố điện tích mới.
Ví dụ: Khi bạn đưa một chiếc lược đã tích điện (do chà vào tóc) lại gần những mẩu giấy nhỏ, các mẩu giấy sẽ bị hút về phía lược mà không cần chạm vào; vì trường điện của lược đã “khuấy động” các điện tích trong giấy.
Áp lực và biến dạng
Một số vật liệu như nhựa hoặc thủy tinh có thể sinh ra tĩnh điện khi bị ép hoặc biến dạng. Áp lực làm thay đổi cấu trúc bên trong vật liệu dẫn đến sự phân bố lại của các điện tích.
Ví dụ: Khi bạn ngồi trên ghế nhựa một lúc rồi đứng dậy thì bạn có thể cảm thấy một cú giật nhẹ. Đó là do áp lực và chuyển động đã tạo ra điện tích tĩnh trên bề mặt ghế hoặc quần áo của bạn.
Thay đổi nhiệt độ
Sự thay đổi nhanh về nhiệt độ cũng có thể gây ra tĩnh điện, bởi khi vật liệu bị làm nóng hoặc làm lạnh đột ngột thì các electron bên trong có thể bị phân bố lại dẫn đến tích tụ điện tích.
Ví dụ: Nếu bạn cầm một chai nhựa vừa được làm lạnh nhanh trong tủ lạnh thì bạn có thể cảm thấy một cú giật nhỏ khi chạm vào. Nó xảy ra do sự thay đổi nhiệt độ làm các electron trong nhựa di chuyển.
Ảnh hưởng của trường điện bên ngoài
Một trường điện mạnh từ một vật mang điện tích gần đó có thể làm cho một vật trung hòa về điện tích trở nên mang điện mà không cần tiếp xúc.
Ví dụ: Nếu bạn đưa một quả bóng bay đã tích điện lại gần một dòng nước chảy nhỏ thì bạn sẽ thấy dòng nước bị uốn cong về phía bóng bay. Đó là vì trường điện của bóng bay đã làm các phân tử nước sắp xếp lại và tạo ra sự phân cực điện tích.
ESD xuất hiện ở đâu? Khi nào có thể phát hiện ra ESD?
Hiện tượng ESD có thể xuất hiện ở bất kỳ đâu trong môi trường có sự chênh lệch điện thế. Nhưng vấn đề là không phải lúc nào ESD cũng “thông báo” sự hiện diện của nó một cách rõ ràng. Có thể kể đến những môi trường sinh hoạt và làm việc thường xuyên xảy ra phóng tĩnh điện như:
1, Trong ngành công nghiệp điện tử là dễ bị tổn thương nhất với sự xuất hiện của ESD, đặc biệt các vi mạch điện tử có thể bị hỏng nếu tiếp xúc với điện tích cao. Do đó, các khu vực sản xuất và kiểm tra điện tử thường có các biện pháp bảo vệ chống tĩnh điện như sử dụng ghế chống tĩnh điện, thảm chống tĩnh điện, vòng đeo tay chống tĩnh điện,…
2, Trong môi trường văn phòng và gia đình dù ít nguy hiểm với ESD hơn nhưng vẫn có thể xảy ra khi chúng ta chạm vào các vật thể (như cửa xe hơi, tay nắm cửa hoặc các thiết bị điện tử) sau khi di chuyển trên các sàn nhà có thảm. Nó có thể tạo ra những tia điện nhỏ nhưng đôi khi cũng gây khó chịu hoặc gây hỏng hóc cho các thiết bị điện tử như máy tính hoặc điện thoại.
3, Trong các môi trường có nguy cơ cháy nổ thì hiện tượng xả tĩnh điện có thể tạo ra tia lửa điện đủ mạnh để kích hoạt một vụ cháy hoặc nổ, đặc biệt trong các khu vực chứa chất dễ cháy như xăng, dầu hoặc khí dễ cháy.
4, Trong các khu vực bảo dưỡng máy móc khi các kỹ thuật viên làm việc với các máy móc hoặc thiết bị điện tử cũng có thể tạo ra phóng tĩnh điện. Do đó, cần phải có biện pháp chống tĩnh điện như sử dụng vòng đeo tay chống tĩnh điện để bảo vệ thiết bị.
Có dễ nhận biết ESD bằng mắt thường không?
Câu trả lời ngắn gọn là “Không”, bởi trong hầu hết các trường hợp thì ESD không dễ nhận biết bằng mắt thường. Vì:
- ESD xảy ra quá nhanh: Một sự kiện ESD thường chỉ kéo dài vài nano giây (1 nano giây = 1 phần tỷ giây) và với tốc độ đó thì mắt người không thể bắt kịp.
- Quy mô nhỏ: Trong các thiết bị điện tử, dòng điện của ESD có thể chỉ vài mili-ampe đủ để phá hủy một vi mạch nhưng không đủ lớn để tạo ra tia lửa mà mắt thường nhìn thấy.
- Không phải lúc nào cũng tạo tia lửa: Chỉ khi ESD có năng lượng đủ lớn (thường trên 3.000V) thì bạn mới có thể thấy một tia lửa nhỏ hoặc nghe tiếng “tách”. Nhưng trong nhiều trường hợp, đặc biệt ở môi trường công nghiệp thì ESD thường xảy ra ở mức điện áp thấp hơn (dưới 100V) và hoàn toàn “vô hình”.
Tuy nhiên, trong một số trường hợp hiếm hoi thì bạn có thể nhận biết ESD bằng mắt thường:
- Trong bóng tối, nếu bạn cởi áo len hoặc chà xát một tấm nhựa trên vải thì bạn có thể thấy những tia lửa nhỏ li ti và đó là ESD đang xảy ra.
- Trong tự nhiên thì sét là hiện tượng ESD dễ thấy nhất với những tia điện sáng rực trên bầu trời.
- Sau khi ESD xảy ra thì bạn có thể thấy các dấu hiệu như vết cháy, lỗ nhỏ hoặc linh kiện bị nứt trên vi mạch. Nhưng đây là hậu quả chứ không phải là lúc ESD đang xảy ra.
Qua những phân tích ở trên, ta có thể kết luận rằng: quan điểm “ESD xảy ra dễ thấy bằng mắt thường nên có thể phòng tránh dễ dàng” là một sai lầm và nó không đúng trong thực tế.
Các ví dụ về hiện tượng ESD trong tự nhiên
Hiện tượng phóng tĩnh điện (ESD) không chỉ xảy ra trong các môi trường nhân tạo mà còn xuất hiện trong tự nhiên. Có thể kể đến các ví dụ về hiện tượng ESD trong tự nhiên dễ gặp nhất như:
Sét là một trong những hiện tượng phóng tĩnh điện mạnh mẽ nhất trong tự nhiên, đây là kết quả của sự tích tụ điện tích trong các đám mây và giữa các đám mây với mặt đất. Khi sự chênh lệch điện thế giữa các đám mây và mặt đất hoặc giữa các đám mây quá lớn, một tia sét sẽ được sinh ra để xả điện tích. Thực tế đã chứng minh là Sét có thể gây hỏa hoạn, phá hủy công trình và gây thiệt hại nghiêm trọng cho các thiết bị điện tử.
Không chỉ có sét lớn mà các tia lửa tĩnh điện nhỏ cũng thường xuyên xuất hiện trong thiên nhiên, đặc biệt khi có sự ma sát giữa các đám mây hoặc giữa đám mây và không khí. Những tia lửa nhỏ này có thể gây ra những hiện tượng như “chớp lóe” nhìn thấy trong thời tiết có giông bão.
Bên cạnh đó, trong những ngày thời tiết khô hanh, khi không khí có độ ẩm thấp, điện tích có thể tích tụ trên các vật thể như quần áo, tóc, hoặc thậm chí trên cơ thể con người. Những tia lửa nhỏ có thể xuất hiện khi chúng ta chạm vào các vật thể như tay nắm cửa hoặc các đồ vật kim loại, khiến chúng ta cảm nhận được một cú “giật” nhẹ.
Cuối cùng, xả tĩnh điện (ESD) là một hiện tượng phổ biến và cần được lưu ý trong cả môi trường tự nhiên lẫn nhân tạo. Tuy không phải lúc nào ESD cũng gây hại, nhưng trong các ngành công nghiệp điện tử, công nghệ và môi trường dễ cháy nổ; việc sử dụng các thiết bị khử tĩnh điện và chống tĩnh điện là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho các thiết bị và người sử dụng. Khi hiểu rõ về ESD sẽ giúp chúng ta có những biện pháp phòng ngừa phù hợp, đồng thời đảm bảo môi trường làm việc và sinh hoạt an toàn hơn.