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전자저울의 정전방지 솔루션

정전기란?

정전기력이란 정지해 있는 전기가 움직이는 순간 정전기가 발생을 하는데 정지 상태의 전하에서 발생하는 힘입니다. 정전기력은 나노 규모에서 큰 역할을 합니다. 예를 들어, 함께 수소 원자를 구성하는 전자와 양성자 사이의 힘은 그들 사이에 작용하는 중력보다 약 36배 더 강합니다.

정전기의 발생은 양성자와 중성자의 수에 따라서 중성, 양전하, 음전하가 결정이 됩니다. 양성자 수가 5개이며 전자 수가 5개의 경우에는 원자는 중성을 띠게 됩니다. 어떤 이유로 전자가 이동을 하여 양성자 수가 5개인데 전자 수가 4개인 경우에는 양전하를 띠게 되며 반대로 어떤 이유로 전자가 이동하여 양성자 수가 5개인데 전자 수가 6개인 경우에는 음전하를 띠게 됩니다.

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예를 들어서 머리를 빗기 전에 머리카락과 빗은 동일한 양성자 수와 전자 수를 가지고 있기 때문에 중성 상태입니다. 그런데 머리를 빗기 시작하면 머리카락의 전자가 빗으로 이동을 하여 머리카락은 양전하 그리고 빗은 음전하 상태가 됩니다. 그런 이후에 빗을 머리카락에 갖다 대면 머리카락과 빗의 전자 수가 평형을 유지하기 위하여 빗의 음전하가 머리카락으로 이동하면서 정전기(Static force)가 발생을 하는 것입니다.



쿨롱의 법칙

두 전하 입자 사이에 작용하는 정전기적 인력이 두 전하의 곱에 비례하고 두 입자 사이의 거리의 제곱에 반비례한다는 법칙입니다. 쿨롱 힘(Coulomb force) 또는 쿨롱 상호작용(Coulomb 상호작용)이라고도 합니다. 두 점전하 사이의 힘은 전하량의 곱에 정비례하고, 두 점전하 사이의 거리의 제곱에 반비례합니다. 두 점전하 사이의 정전기적 인력 또는 반발력의 크기는 쿨롱의 법칙에 의해 결정됩니다.


무게 측량에 대한 정전기의 영향

전자저울의 안정성 및 측정 drift의 문제는 대체로 정전기에 의해서 발생을 합니다. 이에 따라서 정전기로 대전된 샘플이나 용기는 무게를 측정하기 어려울 수 있습니다. 마찰(Friction)은 물체에 정전기가 생성되는 가장 일반적인 현상입니다. 유리 막대를 천으로 문지른 다음 작은 종이 조각을 끌어당기거나 머리에서 머리카락을 들어 올리는 물리학 수업의 실험을 모두가 기억합니다. 일반적인 실험실 예는 다음과 같습니다.

• 유리 비커를 천으로 건조하기
  용기를 잡거나 들어 올릴 때 마찰로 인해 정전기사 발생합니다. 이는 PTFE나 플라스틱 재료(폴리프로필렌, 폴리카보네이 트, 폴리스티렌 등) 뿐만 아니라
  유리와 같이 전기 절연 효과가 강한 재료에 의해 보다 활성화됩니다.
• 일회용 장갑을 끼고 부피 플라스크 다루기
  플라스틱 표면에서 유리 플라스크를 들어 올리는 것과 같이 두 가지 서로 다른 재료를 분리하는 것만으로도 강한 정전기를 생성하기에 충분합니다
• 비닐봉지에서 실험실 용기 포장 풀기

마찰전기표.png



마찰전기표는 어떤 재료가 양전하를 띠는 경향이 더 크고 어떤 재료가 음전하를 띠는 경향이 더 큰지를 보여주는 표입니다. 마찰전기 표의 더 멀리 떨어져 있는 재료들은 서로 접촉하면 더 쉽게 정전기가 생성됩니다.정전기 전하는 측량 샘플 취급의 어려움, 칭량 결과 오류, 칭량 시간 연장, 측정된 값의 정확성과 재현성의 오류를 유발할 수 있습니다. 정전기의 존재는 종종 다음과 같은 항목을 통해 알 수 있습니다.

7.png • 표류 측정 판독값
• 측정 결과의 반복 불가능성
• 균형이 불안정함(또는 평소보다 안정화 시간이 길어짐)

마이크로 발란스(Micro-balance)에 있어서 건조 분말은 정전기 영향에 매우 민감하며 무게를 측정하기 어려울 수 있습니다. 대형 유리 또는 폴리머 용기에 소량을 칭량하는 것은 정전기로 인해 칭량 결과의 오류가 크게 증가할 수 있는 전형적인 사용 사례를 나타냅니다. 계량 용기가 충전되면 계량 챔버의 금속 표면에 있는 극성 반대 전하가 용기에 끌어당겨집니다. 계량 팬에 충전된 용기와 계량 챔버에 충전된 용기 사이의 이러한 인력은 저울이 추정된 추가 중량으로 측정하는 추가 힘을 생성합니다. 일반적으로 이러한 영향 하에서는 저울이 안정화되는 데 오랜 시간이 걸리고 추가적인 파괴력으로 인해 측정이 부정확해집니다. 생성된 전하는 음수일 수도 있고 양수일 수도 있고 서로 끌어당기거나 밀어낼 수도 있기 때문에 실제 무게는 보고된 값보다 많거나 적을 수 있습니다. 수 밀리그램에서 100mg까지의 오류가 발생할 수 있으며, 이는 작은 샘플의 무게를 측정할 때 백분율 오류 측면에서 매우 중요합니다.계량 정확도에 미치는 영향은 다음과 같습니다.

• 보고된 값은 실제 중량보다 많거나 적을 수 있습니다.
• 1~100mg 범위의 오류가 발생할 수 있습니다.

측량 전 정전기 방지 방법

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가능하면 전기 전도성 또는 정전기 방지 처리된 재료를 사용하십시오. 플라스틱 및 유리 용기는 빠르게 충전될 수 있으므로 이상적인 재료가 아닙니다. 마찰전기가 발생할 수 있기 때문에 취급 시 이종 물질 간의 접촉을 피합니다. 보호 장갑을 착용한 상태에서 용기를 만지는 행위와 같이 용기를 불필요하게 문지르지 말아야 합니다. 가능하다면 용기를 다룰 때 계량 핀셋을 사용합니다.. 겨울철 난방실에는 정전기가 자주 발생을 합니다. 에어컨이 설치된 방의 공기 습도를 최적의 상대습도는 45~60%로 높입니다. 저울과 계량 팬이 항상 전기적으로 접지되어 있는지 확인합니다.. 전기 절연 신발을 착용하지 말고 대신 접지된 신발과 접지 스트랩을 사용합니다..








측량 중 정전기 방지 방법

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• U-전극과 같은 외부 이온화 장치를 사용합니다.
• 전자저울에 장착된 내부 이온화 장치를 사용합니다.
• 방사성 소스(폴로늄-210, 약한 X선 소스 등)를 사용하여 공기를 이온화합니다.

이온화 장치는 비전도성 물체의 정전기를 중화하기 위해 이온을 생성하는 장치입니다. 이온화 장치의 기본 원리는 양이온과 음이온을 생성하고 이를 사용하여 물체의 정전기를 중화시키는 것입니다. 이온을 생성하는 과정은 공기 분자에 높은 전압을 가하여 음전하를 부여하여 음이온으로 바꾸는 정전기 원리를 기반으로 합니다. 이러한 음이온은 주변 대기로 추진되어 물체의 정전하를 중화하는 데 사용됩니다.

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