Professor Associado Neils Jonassen autorizou uma coluna bimensal estática que apareceu na revista Compliance Engineering Magazine. A série explorou carga, ionização, explosões, e outros tópicos relacionados com ESD. A Associação ESD, trabalhando com a IN Compliance Magazine está a re-publicar esta série, uma vez que os artigos oferecem uma visão intemporal do campo da electrostática.
Professor Jonassen foi membro da Associação ESD de 1983-2006. Recebeu o Prémio Contribuição Excepcional da Associação ESD em 1989 e foi autor de artigos técnicos, livros e relatórios técnicos. É recordado pelas suas contribuições para a compreensão do controlo electrostático, e na sua memória repetimos “Mr. Static”.
~ The ESD Association
Reimpresso com permissão de: Compliance Engineering Magazine, Mr. Static Column Copyright © UBM Cannon
A questão das interacções entre o fenómeno da electricidade estática e as pessoas pode ser vista de duas maneiras: como as pessoas causam carregamentos estáticos e como são afectadas por eles. A primeira destas pode nem sempre ser bem compreendida, mas geralmente não é controversa. A segunda, contudo, é objecto de muitas especulações infundadas.
Como as pessoas causam a electricidade estática
O processo de carga mais conhecido criado pelas pessoas é o de caminhar através de um revestimento isolado do chão. À primeira vista, este processo parece simples. O contacto e o atrito entre as solas dos sapatos e o chão causam uma separação de carga para cada passo. Esta carga faz com que a tensão da capacidade do corpo humano aumente até que a corrente de fuga inevitável equilibre a corrente de carga.
Mas a carga é separada na interface entre a sola do sapato e o revestimento do chão, e a sola é isolante. Assim, como é que a carga é transferida da parte inferior da sola para a pessoa?
Talvez não -Talvez a pessoa não consiga, de facto, uma carga líquida. Tudo o que vemos, nesse caso, é o efeito da indução causada pela carga sobre a sola. Este efeito pode muito bem elevar a tensão da pessoa a níveis substanciais, com a carga líquida a permanecer zero. Ou pode haver fugas nas extremidades da sola, ou mesmo uma combinação destes processos.
Por estranho que pareça, nunca ninguém se debruçou realmente sobre este problema. E quando se coloca às pessoas que apresentam trabalhos sobre o tema, elas tendem a ficar nervosas.
Uma outra forma comum de as pessoas se poderem cobrar é retirando uma peça de roupa. Quando uma camisola está a esfregar contra uma blusa, as cargas podem ser separadas, mas a voltagem da pessoa não aumentará, uma vez que cargas opostas igualmente grandes estão, em princípio, localizadas sobre a pessoa. Mas quando a camisola é retirada, com, por exemplo, uma carga negativa, a carga positiva da blusa fornece uma voltagem positiva.
Inicialmente, o pequeno zap que se pode sentir ao ouvido ao retirar a camisola não é um sinal de carga. Muito pelo contrário: é uma descarga (e não é uma faísca, mas uma descarga de escova). O deslizamento para fora do assento de um automóvel produz um processo de carga semelhante, e o leve choque que pode sentir é causado pela descarga para o automóvel (e neste caso com uma faísca), e não pelo automóvel a ser carregado. Este último processo chegou ao fim na década de 1930 com a introdução de borracha condutora nos pneus.
Como a electricidade estática afecta as pessoas
Choques eléctricos
O efeito mais conhecido da estática nas pessoas, e o único efeito comprovado na opinião de muitos cientistas, é o do choque de uma descarga de faísca. Isto ocorre normalmente quando uma pessoa carregada toca num objecto aterrado, ou entra em contacto com outra pessoa que tem um potencial diferente. Embora este fenómeno seja bem conhecido, não existem intervalos bem definidos para que nível de tensão corporal resultará em descargas que possam ser sentidas.
Poucas pessoas, no entanto, notarão descargas com voltagens inferiores a cerca de 1000 V. A maioria das pessoas começará a sentir um efeito desagradável por volta de 2000 V. Quase toda a gente se queixará quando exposta a descargas a tensões superiores a 3000 V.
Quão alta pode ser a tensão corporal de andar num chão isolante com sapatos isolantes? Certamente, as tensões na gama de 10-20 kV foram encontradas sob certas condições, mas na minha opinião, o valor máximo por vezes cotado de cerca de 35 kV é apócrifo. Muito antes desse tipo de voltagem ser atingido, as descargas de corona ocorreriam provavelmente do nariz, orelhas e outras saliências.
É interessante notar que a questão de saber se a descarga de um condutor para um corpo humano poderia ter efeitos benéficos era outrora uma questão séria. No século XVIII, a electroterapia foi amplamente utilizada. Numa aplicação, os condensadores, conhecidos como frascos de Leyden, eram carregados às tensões nas dezenas de quilovolts e descarregados aos membros paralisados. O empurrão resultante foi interpretado como um sinal de um efeito positivo.
Na maioria dos casos, contudo, os efeitos da electricidade estática sobre os seres humanos foram considerados prejudiciais, ou pelo menos indesejados. Na era da síndrome doentia, era quase inevitável que alguns dos muitos efeitos inespecíficos de um clima interior imperfeito devessem ser atribuídos ao fenómeno exótico da electricidade estática. A carga estática tem por vezes sido a causa suspeita de dores de cabeça, mucosa seca, comichão na pele, e outras doenças semelhantes. Raramente em tais casos foi sugerido qualquer mecanismo ou explicação possível que tenha sido baseada em estudos bem documentados.
Plating Out
Há, contudo, um efeito físico da electricidade estática que tem alguma probabilidade de causar problemas fisiológicos ou higiénicos: o efeito que um campo eléctrico à volta de uma pessoa tem nas partículas transportadas pelo ar.
Se uma pessoa for carregada positivamente, atrairá do ar partículas carregadas negativamente. Ou, como um físico pode preferir dizê-lo, o campo em volta do corpo irá aumentar a carga de partículas carregadas negativamente sobre a roupa e a pele exposta. Mas as partículas neutras também serão atraídas, porque serão polarizadas, e porque os campos, em geral, serão sempre inomogéneos. O campo à volta de uma pessoa pode, como explicado acima, ter origem na separação das cargas por andar sobre um revestimento isolado do chão. Mas também pode ser causado pela proximidade de uma televisão ou monitor de computador.
Interessantemente, se ninguém estiver próximo de uma televisão ou de um ecrã de computador, o campo deslocar-se-á em direcção ao ecrã. Por conseguinte, é aqui que as partículas se vão laminar, com a consequente mancha. Contudo, quando uma pessoa está perto do ecrã, o campo também convergirá para o rosto dessa pessoa, especialmente em torno de saliências como o nariz e as orelhas.
Projectos científicos transversais têm demonstrado que os campos eléctricos em torno de uma pessoa aumentam dramaticamente a taxa de partículas transportadas pelo ar. Tem sido sugerido que se tais partículas forem de natureza alergénica, a eliminação de plaquetas pode resultar num aumento da ocorrência de irritação ou doença cutânea. Tal relação, contudo, não foi demonstrada.
Are Ions Good for You?
Um processo algo semelhante é o efeito sobre os iões atmosféricos de um campo eléctrico à volta de uma pessoa (para uma definição e descrição das propriedades físicas dos iões atmosféricos, ver a minha coluna na edição de Maio/Junho de 1999 de Compliance Engineering, página 24).
Tem sido frequentemente alegado que um excesso ou défice de uma das polaridades dos iões no ar inalado tem um efeito directo sobre os seres humanos. Décadas atrás, uma dessas afirmações era que um excesso de iões negativos aumentaria a frequência de vibração dos cílios nas vias respiratórias, melhorando assim a eficiência de limpeza dos cílios na região respiratória superior. Esta teoria foi aparentemente apoiada por resultados experimentais nas décadas de 1940 e 1950 e foi amplamente citada. Por volta de 1970, no entanto, foi colocada em repouso – ou pelo menos deveria ter sido – porque novas investigações com instrumentação mais actualizada demonstraram conclusivamente que não havia tal efeito. No entanto, ainda se pode encontrar a relação íon-cília citada em publicações médicas e quase médicas.
Uma afirmação ainda mais popular é que um excesso de iões negativos faz o ar sentir-se fresco e limpo, enquanto um excesso de iões positivos faz o ar sentir-se abafado. Uma vez que este tipo de efeito vago é extremamente difícil de provar ou refutar, basta observar que o ar entupido sob uma nuvem de trovão tem um excesso de iões negativos, enquanto que o ar fresco no topo de uma montanha é rico em iões positivos. Assim, parece haver mais na qualidade do ar do que no equilíbrio iónico.
Mas vamos no entanto assumir que a concentração relativa de iões positivos e negativos no ar que respiramos tem uma influência na nossa saúde. É então claro que uma pessoa que está rodeada por um campo eléctrico (porque está carregada) inalará menos iões do que uma pessoa não carregada. Se esta pessoa estiver carregada positivamente, repelirá os iões positivos. Embora o corpo atraia iões negativos, os iões serão desviados para a pele e assim serão removidos do ar inalado. E mesmo que a pessoa não esteja carregada, a maior parte dos iões no ar inalado irá provavelmente ser removida nas vias respiratórias antes mesmo de atingir os brônquios.
A questão inteira sobre o destino dos iões no ar que respiramos ainda precisa de muito trabalho experimental. Tem-se argumentado que uma vez que um ião negativo é susceptível de conter uma molécula de oxigénio, a inalação de iões negativos deve ser uma coisa boa. Para além do que tenho notado sobre a saída de placas na pele e na parte superior das vias respiratórias, deve salientar-se que mesmo nas concentrações de iões mais elevadas possíveis, existem triliões de moléculas de oxigénio não carregadas para cada ião negativo.
Nos últimos cinco a seis anos houve muitos relatos (pelo menos na Europa) sobre os alegados benefícios de expor a pele de uma pessoa que sofre de doenças reumáticas ou outras a um fluxo de ar altamente ionizado com iões de uma única polaridade.
Para que a pessoa assim tratada não seja carregada, deve estar ligada à terra. O fluxo de iões causará então uma corrente desde o ponto de impacto até à ligação à terra. De acordo com alguns dos relatórios, o efeito do tratamento é altamente dependente de onde no corpo é colocada a ligação à terra. É claro que também se pode criar uma corrente através do corpo simplesmente aplicando dois ou mais eléctrodos, mas fazê-lo limita o trajecto da corrente a algum grau.
Se o ar ionizado tiver um efeito, pode ser porque a corrente tem origem numa área maior e assim tem uma maior probabilidade de encontrar o trajecto com o maior efeito. Isto também depende da colocação do contra-electrodo ou da ligação à terra.
Notem que eu disse se o ar ionizado tem um efeito.
Os resultados que continuo a ouvir não são de investigações científicas regulares com testes duplo-cegos e todo esse jazz. Mas eles continuam a chegar, e não quero excluir completamente a possibilidade de serem reais.
Comecei a trabalhar com iões por volta de 1958 para investigar algumas alegações sensacionais de um ion-guru nacional na Dinamarca sobre os efeitos e comportamento dos iões no ar interior. Quase fui crucificado por ter pedido documentação científica para as alegações (tal como que o ar numa sala com chão de vinil tinha um mau equilíbrio iónico). O meu comentário acima sobre o possível efeito do ar ionizado sobre a pele não significa que tenha amadurecido ao longo dos anos e cedido às minhas exigências de documentação. Antes pelo contrário. Ainda gosto de desempenhar o papel de São Tomás, o Duvidoso.
 |
Niels Jonassen, MSc, DSc trabalhou durante 40 anos na Universidade Técnica da Dinamarca, onde conduziu aulas de electromagnetismo, electricidade estática e atmosférica, radioactividade aérea, e clima interior. Após a sua reforma, dividiu o seu tempo entre o laboratório, a sua casa, e a Tailândia, escrevendo sobre temas de electricidade estática e prosseguindo aulas de cozinha. O Sr. Jonassen faleceu em 2006. |