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Dal punto di vista scientifico e normativo, queste scariche possono essere analizzate attraverso tre fasi principali:
- L'accumulo della carica;
- Il superamento della rigidità dielettrica;
- La dinamica elettrica della scarica stessa.
- Un trasferimento di elettroni: durante il contatto, avviene uno scambio di elettroni attraverso il confine dei materiali, creando un eccesso di carica negativa su uno e positiva sull'altro;
- Una separazione: se i materiali sono isolanti, la carica non può ricombinarsi velocemente durante la separazione e rimane "intrappolata" sulla superficie;
- Una serie triboelettrica: la polarità e l'intensità della carica dipendono dalla posizione dei materiali nella serie triboelettrica, che li classifica in base alla loro affinità elettronica.
La serie triboelettrica è una lista di materiali ordinati in base alla loro tendenza a caricarsi elettricamente quando vengono messi a contatto e poi separati (solitamente tramite strofinio).
Il termine deriva dal greco tribos, che significa proprio "strofinare". È il principio alla base della classica scossa che si prende scendendo dall'auto o toccando una maniglia dopo aver camminato su un tappeto.
Quando due materiali diversi entrano in contatto, gli elettroni possono passare da uno all'altro.
La serie triboelettrica ci dice chi "ruba" elettroni a chi:
- In alto (positivi): materiali che tendono a cedere elettroni facilmente, caricandosi positivamente (+);
- In basso (negativi): materiali che tendono ad attrarre elettroni, caricandosi negativamente (-).
Più due materiali sono lontani tra loro nella lista, maggiore sarà la carica elettrica (e quindi la "scossa") generata dallo sfregamento.
| Tendenza alla carica | Materiale |
| Molto Positiva (+) | Aria, Pelle umana, Vetro |
| Positiva | Capelli, Lana, Seta |
| Neutra | Cotone (spesso considerato il punto di riferimento) |
| Negativa | Legno, Ambra, Gomma |
| Molto Negativa (-) | Plastica (PVC), Teflon, Silicone |
Questa serie è fondamentale in molti ambiti:
- Industria elettronica: per evitare che l'elettricità statica danneggi i microchip (si usano materiali vicini al cotone o braccialetti dissipativi);
- Vita quotidiana: spiega perché se strofini un palloncino (gomma) sui capelli (molto positivi), il palloncino "ruba" elettroni e rimane attaccato al muro;
- Sicurezza: in ambienti con gas infiammabili, conoscere la serie aiuta a scegliere tessuti per gli abiti che non generino scintille pericolose.
Facciamo un esempio: se strofini una bacchetta di vetro con un panno di seta, il vetro (che è più in alto nella serie) diventerà positivo, mentre la seta diventerà negativa. Se invece strofini la seta con un pezzo di teflon, la seta (stavolta più in alto rispetto al teflon) si caricherà positivamente.
Gli effetti delle ESD sugli esseri umani sono trattate in maniera approfondita nella norma IEC 60479-6.
Tali effetti sono determinati principalmente dalla carica totale trasferita (Q), espressa in microcoulomb (μC), piuttosto che dalla sola tensione.
- Soggetto carico: un essere umano scarica l'elettricità accumulata (es. camminando su un tappeto) verso un conduttore; sebbene raramente possa causare aritmie cardiache, provoca dolore e reazioni di sussulto;
- Soggetto non carico esposto: un individuo tocca un conduttore ad alta energia (es. veicoli, letti d'ospedale, pale di turbine eoliche), con rischi potenziali per i dispositivi impiantabili;
- Scarica tra persone: in ambito medico, una persona può scaricare su un paziente, con il rischio critico che la carica fluisca attraverso cateteri direttamente verso il miocardio.
- Capacità (C): per modellare la carica immagazzinata;
- Resistenza (R) e Induttanza (L): per simulare la forma d'onda della scarica;
- Impedenza del bersaglio (ZL): che rappresenta il corpo umano o l'oggetto colpito.
- <0,2 µC: nessuna percezione;
- 0,5 - 2,0 µC: percezione chiara, spesso descritta come una "puntura";
- >4,0 µC: scossa dolorosa che induce una reazione motoria involontaria;
- Cariche elevate: superano la soglia del dolore e del sussulto.
