Il professore associato Neils Jonassen è stato autore di una rubrica bimestrale sull’elettricità statica che è apparsa sulla rivista Compliance Engineering. La serie esplorava la carica, la ionizzazione, le esplosioni e altri argomenti legati alle ESD. La ESD Association, in collaborazione con IN Compliance Magazine, sta ripubblicando questa serie in quanto gli articoli offrono una visione senza tempo nel campo dell’elettrostatica.
Il professor Jonassen è stato membro della ESD Association dal 1983-2006. Ha ricevuto il premio ESD Association Outstanding Contribution Award nel 1989 ed è stato autore di articoli tecnici, libri e relazioni tecniche. Viene ricordato per i suoi contributi alla comprensione del controllo elettrostatico, e in sua memoria riprendiamo “Mr. Static”.
~ The ESD Association
Ristampato con il permesso di: Compliance Engineering Magazine, Mr. Static Column Copyright © UBM Cannon
La questione delle interazioni tra il fenomeno dell’elettricità statica e le persone può essere guardata in due modi: come le persone causano cariche statiche e come ne sono influenzate. Il primo di questi può non essere sempre ben compreso ma non è generalmente controverso. Il secondo, invece, è oggetto di molte speculazioni non comprovate.
Come le persone causano statica
Il processo di carica più noto creato dalle persone è quello di camminare su un pavimento isolato. A prima vista, questo processo sembra semplice. Il contatto e l’attrito tra le suole delle scarpe e il pavimento causano una separazione di carica per ogni passo. Questa carica fa aumentare la tensione della capacità del corpo umano fino a quando l’inevitabile corrente di dispersione equilibra la corrente di carica.
Ma la carica è separata all’interfaccia tra la suola della scarpa e il rivestimento del pavimento, e la suola è isolante. Quindi come si trasferisce la carica dalla parte inferiore della suola alla persona?
Forse non lo fa – forse la persona non raggiunge, infatti, una carica netta. Tutto ciò che vediamo, in questo caso, è l’effetto dell’induzione causata dalla carica sulla suola. Intendiamoci, questo effetto potrebbe benissimo aumentare la tensione della persona a livelli sostanziali, con la carica netta che rimane zero. Oppure potrebbe esserci una perdita intorno ai bordi della suola, o anche una combinazione di questi processi.
Stranamente, nessuno ha mai veramente esaminato questo problema. E quando lo si pone alle persone che presentano documenti sull’argomento, tendono ad agitarsi.
Un altro modo comune in cui le persone possono caricarsi è togliendosi un capo di abbigliamento. Quando un maglione si strofina contro una camicetta, le cariche possono essere separate, ma la tensione della persona non aumenterà, poiché cariche opposte ugualmente grandi si trovano in linea di principio sulla persona. Ma quando il maglione viene rimosso, con, per esempio, una carica negativa, la carica positiva dalla camicetta fornisce una tensione positiva.
Incidentalmente, il piccolo zap che si può sentire all’orecchio quando si toglie il maglione non è un segno di carica. Al contrario: è una scarica (e non è una scintilla, ma una scarica a pennello). Scivolare fuori da un sedile dell’auto produce un processo di carica simile, e la leggera scossa che potete sentire è causata da voi che scaricate sull’auto (e in questo caso con una scintilla), non dall’auto che si carica. Quest’ultimo processo è terminato negli anni ’30 con l’introduzione della gomma conduttiva nei pneumatici.
Come l’elettricità statica colpisce le persone
Scosse elettriche
L’effetto più noto dell’elettricità statica sulle persone, e l’unico effetto provato secondo l’opinione di molti scienziati, è quello della scossa da una scarica di scintille. Questo di solito si verifica quando una persona carica tocca un oggetto a terra, o entra in contatto con un’altra persona che è ad un potenziale diverso. Anche se questo fenomeno è ben noto, non ci sono intervalli ben definiti per quale livello di tensione corporea porterà a scariche che possono essere sentite.
Poche persone, tuttavia, noteranno scariche a tensioni inferiori a circa 1000 V. La maggior parte delle persone inizierà a sentire un effetto sgradevole intorno ai 2000 V. Quasi tutti si lamenteranno se esposti a scariche a tensioni superiori a 3000 V.
Quanto può essere alta la tensione corporea quando si cammina su un pavimento isolante con scarpe isolanti? Certamente, tensioni dell’ordine di 10-20 kV sono state incontrate in certe condizioni, ma secondo me, il valore massimo talvolta citato di circa 35 kV è apocrifo. Molto prima di raggiungere quel tipo di tensione, probabilmente si verificherebbero scariche a corona dal naso, dalle orecchie e da altre sporgenze.
È interessante notare che la questione se la scarica di un conduttore su un corpo umano possa avere effetti benefici era una volta una questione seria. Nel XVIII secolo, l’elettroterapia era ampiamente utilizzata. In un’applicazione, i condensatori, noti come vasi di Leyda, venivano caricati a tensioni dell’ordine delle decine di kilovolt e scaricati su arti paralizzati. Il sussulto risultante fu interpretato come un segno di un effetto positivo.
Nella maggior parte dei casi, tuttavia, gli effetti dell’elettricità statica sugli esseri umani sono stati considerati dannosi, o almeno indesiderati. Nell’era della sindrome da edificio malato, era quasi inevitabile che alcuni dei molti effetti aspecifici di un clima interno imperfetto fossero attribuiti al fenomeno esotico dell’elettricità statica. La carica statica è stata talvolta la causa sospettata di mal di testa, secchezza delle mucose, prurito della pelle e altri disturbi simili. Raramente in questi casi è stato suggerito un possibile meccanismo o una spiegazione basata su studi ben documentati.
Piastrelle
C’è, comunque, un effetto fisico dell’elettricità statica che ha qualche probabilità di causare problemi fisiologici o igienici: l’effetto che un campo elettrico intorno a una persona ha sulle particelle trasportate dall’aria.
Se una persona è caricata positivamente, attirerà particelle caricate negativamente dall’aria. O, come un fisico preferirebbe dire, il campo intorno al corpo aumenterà la fuoriuscita di particelle caricate negativamente sui vestiti e sulla pelle esposta. Ma anche le particelle neutre saranno attratte, perché saranno polarizzate, e perché i campi, in generale, saranno sempre disomogenei. Il campo intorno ad una persona può, come spiegato sopra, avere origine da cariche separate camminando su un pavimento isolato. Ma può anche essere causato dalla vicinanza ad un televisore o al monitor di un computer.
Interessante, se nessuno è vicino ad un televisore o allo schermo di un computer, il campo si sposterà verso lo schermo. Di conseguenza, è qui che le particelle si placcano, con conseguenti sbavature. Quando una persona è vicina allo schermo, tuttavia, il campo convergerà anche sul viso di quella persona, specialmente intorno alle sporgenze come il naso e le orecchie.
Diversi progetti scientifici hanno dimostrato che i campi elettrici intorno a una persona aumentano drammaticamente il tasso di placcatura delle particelle trasportate dall’aria. È stato suggerito che se tali particelle sono di natura allergenica, il plateout potrebbe risultare in un aumento del verificarsi di irritazioni o malattie della pelle. Tale relazione, tuttavia, non è stata dimostrata.
Gli ioni fanno bene?
Un processo in qualche modo simile è l’effetto sugli ioni atmosferici di un campo elettrico intorno a una persona (per una definizione e una descrizione delle proprietà fisiche degli ioni atmosferici, vedi la mia rubrica nel numero di maggio/giugno 1999 di Compliance Engineering, pagina 24).
Si è spesso affermato che un eccesso o un deficit di una delle polarità degli ioni nell’aria inalata ha un effetto diretto sugli esseri umani. Decenni fa, una di queste affermazioni era che un eccesso di ioni negativi avrebbe aumentato la frequenza di vibrazione delle ciglia nel tratto respiratorio, migliorando così l’efficienza di pulizia delle ciglia nella regione respiratoria superiore. Questa teoria era apparentemente supportata da risultati sperimentali negli anni ’40 e ’50 ed era ampiamente citata. Verso il 1970, tuttavia, fu messa a riposo – o almeno avrebbe dovuto esserlo – perché nuove indagini con strumentazione più aggiornata dimostrarono definitivamente che non c’era alcun effetto del genere. Tuttavia, si può ancora trovare la relazione ioni-cilia citata in pubblicazioni mediche e quasi mediche.
Un’affermazione ancora più popolare è che un eccesso di ioni negativi fa sentire l’aria fresca e pulita, mentre un eccesso di ioni positivi fa sentire l’aria soffocante. Poiché questo tipo di effetto vago è estremamente difficile da provare o confutare, basti osservare che l’aria soffocante sotto una nuvola di tuono ha un eccesso di ioni negativi, mentre l’aria fresca sulla cima di una montagna è ricca di ioni positivi. Sembra quindi che la qualità dell’aria sia più importante dell’equilibrio degli ioni.
Ma supponiamo comunque che la concentrazione relativa di ioni positivi e negativi nell’aria che respiriamo abbia un’influenza sulla nostra salute. È quindi chiaro che una persona che è circondata da un campo elettrico (perché è carica) inalerà meno ioni di una persona non carica. Se questa persona è caricata positivamente, respingerà gli ioni positivi. Anche se il corpo attirerà ioni negativi, gli ioni saranno deviati verso la pelle e quindi saranno rimossi dall’aria inalata. E anche se la persona non è carica, la maggior parte degli ioni nell’aria inalata probabilmente si placherà nelle vie respiratorie prima ancora di raggiungere i bronchi.
L’intera questione sul destino degli ioni nell’aria che respiriamo ha ancora bisogno di molto lavoro sperimentale. È stato sostenuto che poiché uno ione negativo è probabile che contenga una molecola di ossigeno, inalare ioni negativi deve essere una buona cosa. Al di là di ciò che ho notato circa il plate-out sulla pelle e nella parte superiore delle vie respiratorie, va sottolineato che anche nelle più alte concentrazioni di ioni possibili ci sono trilioni di molecole di ossigeno non caricate per ogni ione negativo.
Negli ultimi cinque o sei anni ci sono stati molti rapporti (almeno in Europa) sui presunti benefici dell’esposizione della pelle di una persona che soffre di disturbi reumatici o di altri disturbi a un flusso d’aria altamente ionizzata con ioni di una sola polarità.
Perché la persona così trattata non sia carica, deve essere collegata a terra. Il flusso di ioni causerà quindi una corrente dal punto di impatto alla connessione a terra. Secondo alcuni rapporti, l’effetto del trattamento dipende molto dal punto del corpo in cui è posizionata la connessione a terra. Naturalmente, si può anche creare una corrente attraverso il corpo semplicemente applicando due o più elettrodi, ma così facendo si limita il percorso della corrente in una certa misura.
Se l’aria ionizzata ha un effetto, può essere perché la corrente ha origine da un’area più grande e quindi ha una maggiore possibilità di trovare il percorso con il maggiore effetto. Questo dipende anche dal posizionamento del controelettrodo o della connessione di terra.
Si prega di notare che ho detto se l’aria ionizzata ha un effetto.
I risultati di cui continuo a sentire parlare non provengono da regolari indagini scientifiche con test in doppio cieco e tutto quel che serve. Ma continuano ad arrivare, e non voglio escludere completamente la possibilità che siano reali.
Ho iniziato a lavorare con gli ioni nel 1958 circa per indagare su alcune affermazioni sensazionali di un guru nazionale degli ioni in Danimarca sugli effetti e il comportamento degli ioni nell’aria interna. Sono stato quasi crocifisso per aver richiesto una documentazione scientifica per le affermazioni (come ad esempio che l’aria in una stanza con un pavimento in vinile aveva un cattivo equilibrio di ioni). Il mio commento di cui sopra sul possibile effetto dell’aria ionizzata sulla pelle non significa che mi sono ammorbidito nel corso degli anni e ceduto nelle mie richieste di documentazione. Piuttosto il contrario. Mi piace ancora recitare il ruolo di San Tommaso il Dubbioso.
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Niels Jonassen, MSc, DScha lavorato per 40 anni presso l’Università Tecnica di Danimarca, dove ha condotto lezioni di elettromagnetismo, elettricità statica e atmosferica, radioattività nell’aria e clima interno. Dopo essere andato in pensione, ha diviso il suo tempo tra il laboratorio, la sua casa e la Thailandia, scrivendo su argomenti di elettricità statica e seguendo corsi di cucina. Il signor Jonassen è morto nel 2006. |