הארקה

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

ערך זה זקוק לעריכה, על מנת שיתאים לסגנון המקובל בוויקיפדיה. לצורך זה ייתכנו סיבות אחדות: פגמים טכניים כגון מיעוט קישורים פנימיים, סגנון הטעון שיפור או צורך בהגהה. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה שלו.

הארקה היא חיבור חשמלי מלאכותי בין גוף מוליך, שבאופן טבעי מבודד חשמלית מכדור הארץ, לבין כדור הארץ. החיבור מבוצע באמצעות תווך מוליך וגורם לכך שמטען חשמלי יוכל לנוע בחופשיות בין הגוף לבין כדור הארץ. מכיוון שהפרש פוטנציאלים חשמליים גורם למטענים חשמליים לנוע ולהשוות את עצמם כל עוד התווך ביניהם מאפשר זאת (בדומה לחוק כלים שלובים הגורם לנוזלים להשוות את לחציהם דרך צינור המקשר ביניהם) תוצאת ההארקה היא כי הגוף המוארק ימצא באותו פוטנציאל חשמלי בו נמצא כדור הארץ באזור ההארקה.

מקור המילה הארקה מארמית אַרְקָא - ארץ, מאכדית ersitu, באנגלית Earth ומשמעותו "חיבור לארץ או לאדמה".

הצורך בהארקה נובע מכך שבמקרים רבים מצטבר או עלול להצטבר מטען חשמלי משמעותי על פני גוף המבודד באופן טבעי מכדור הארץ. הדבר מסוכן ואף יכול להיות קטלני לאדם הנוגע בגוף כזה, מכיוון שבמקרה זה יגרום הפרש הפוטנציאלים החשמלי שבין הגוף לבין כדור הארץ לתנועה של מטען חשמלי (כלומר זרם חשמלי) דרך גופו של האדם, אשר במגעו בגוף מחבר בינו לבין הקרקע או הרצפה עליה הוא עומד.

אולם לא רק הסיכוי להצטברות מטען חשמלי סטטי מחייבת הארקה. עיקר הצורך נובע מכך שגוף כדור הארץ משמש באופן יזום ומתוכנן לסגירת המעגל החשמלי באמצעותו מסופק זרם החשמל אל רשת החשמל הביתית. כידוע, כדי להפעיל מכשיר חשמלי יש לחברו אל שני הקטבים של מקור הזרם החשמלי, באמצעות שני מוליכים חשמליים. כאשר מדובר ברשת חשמל אזורית או ארצית, מחייב הדבר למתוח שני מוליכים חשמליים בין מחוללי הזרם של ספק החשמל (בישראל - חברת החשמל) לבין בתי הצרכנים. מכיוון שהמרחקים בין תחנות הכח המייצרות את החשמל לבין תחנות ההשנאה מהן הוא מחולק לבתי הצרכנים מגיעים לעשרות ואף מאות קילומטרים, משתמשים בגוף כדור הארץ כאחד משני המוליכים ביניהן, ובכך חוסכים כמחצית מכמות המוליכים הדרושה - חיסכון ניכר. חיסכון זה מחייב חיבורו להארקה של כל מכשיר חשמלי בעל מעטפת מתכתית כאמצעי בטחון. אמנם במצב פעולה תקין אין גופו המתכתי של מכשיר כזה אמור להיות בעל פוטנציאל חשמלי, ואין בו סכנה. אולם, אם כתוצאה מתקלה פנימית יווצר מגע בין מוליך חשמלי כלשהו בתוך המכשיר לבין מעטפת המכשיר, תקבל המעטפת את הפוטנציאל החשמלי של אותו מוליך, ובמידה שפוטנציאל זה שונה מפוטנציאל כדור הארץ, שכאמור משמש כאחד משני המוליכים ההכרחיים, יגרום הדבר לזרם חשמלי אל כדור הארץ, דרך גופו של אדם הנוגע במכשיר, או בלשון העם - "התחשמלות".

בשקע חשמלי תקני, הנקב השלישי, התחתון, אמור להיות מחובר להארקה דרך צינורות מתכת במבנה עצמו, אשר מובילים עד לקרקע, ודרכו אמור המכשיר החשמלי המחובר לו לקבל הארקה. אך אין זאת אומרת שמותר לגעת במגעים החשמליים שמעבר לנקב זה בבטחה, מכיוון שעלולות להיות טעויות בחיבור השקע. עם המעבר מצינורות מתכת לצנרת מחומרים פלסטיים יש להקפיד ולבדוק שהחלפת צינור מתכת בצינור מחומר מבודד לא פגעה בחיבור ההארקה.

[עריכה] הארקת גוף

כאשר יש הפרש פוטנציאלים משמעותי במטען החשמלי בין שני גופים המבודדים זה מזה מבחינה חשמלית, לדוגמה בגלל הצטברות חשמל סטטי, עלולה להתרחש פריצת מתח דרך האויר בצורת ניצוץ. הדוגמה המוכרת לכל היא ברק הנובע מהתפרקותו של מטען חשמלי סטטי שהצטבר בין שני עננים או בין ענן לבין כדור הארץ. ככלל, כאשר מצטבר מטען חשמלי בכמות גדולה דיה בין שני גופים, הוא יפרוץ דרך התווך שביניהם במרחק הקצר ביותר האפשרי. כדי למנוע מברק להשתמש במבנים או במתקנים אחרים הבולטים מעל פני הקרקע ולפרוץ דרכם אל כדור הארץ, משתמשי בכליא ברק, התקן הגנה המיועד כביכול ל"כליאת" הברק. הכליא ברק עשוי גוף מתכתי מוארך הבולט מטרים ספורים מעל המתקן עליו הוא מיועד להגן, וקצהו התחתון מוארק או טמון בעומק האדמה. ברק העלול לפגוע במבנה או במתקן יקצר את דרכו לאדמה בדרך ה"נוחה" יותר מבחינה חשמלית, ויעביר את מטענו דרך הכליא ברק, מבלי לגרום נזק למבנה המוגן על ידו. לעומת זאת אדם הנמצא בשדה חשוף בשעת סערת ברקים עלול להפגע, בהיותו המקצר את דרכו של הברק אל האדמה.

חיכוך בין צמיגים של כלי-רכב לבין כביש יבש מביא להצטברות של מטען חשמלי בכלי הרכב. ניתן לעיתים להרגיש זאת ביציאה ממכונית, כאשר נוגעים בדלת או בידית הדלת בימים יבשים במיוחד, והמטען החשמלי שהצטבר פורק את עצמו אל כדור הארץ דרך גופו של הנוגע. הדבר איננו נעים כלל וכלל, אך התופעה כשלעצמה מסוכנת מאוד כאשר מדובר בכלי רכב הנושא מטען רגיש כגון חומרי דלק או חומר נפץ. פריקת המטען החשמלי עלולה להתרחש באופן ספונטני תוך כדי נסיעה, ולגרום לדליקה ולפיצוץ. כלי רכב בעלי סיכון מחוייבים בסידורי בטיחות מיוחדים על פי תקני-בטיחות שנקבעו לכך, אשר בדרך כלל כוללים בין היתר שרשרת מתכתית או רצועה מחומר מוליך המחוברת בקצה האחד אל גוף כלי הרכב ובקצה השני נגררת על הכביש ובכך מונעת הצטברות מטען חשמלי בגוף כלי הרכב.

מטענים חשמליים אלקטרוסטטיים עלולים להצטבר גם בגופו של אדם כתוצאה מחיכוך בין חלקי לבוש שונים, או בינם לבין הסביבה. בדרך כלל אין סכנה ישירה במטענים כאלה, אך פריקתם עלולה לגרום כאב או אי-נוחות, ועלולה לפגוע ברכיבי אלקטרוניקה עדינים הנמצאים בקרבת מקום.

קיימים פתרונות שונים למניעת נזקי פריצה של מטען חשמלי לפי העניין -

• סרטים מוליכים המחברים חשמלית בין פרקי הידיים לחפצים מתכתיים גדולים ולרצפה. אלו משמשים בעיקר עובדי אלקטרוניקה, המטפלים ברכיבים אלקטרונים עדינים הרגישים לפריצות מתח קטנות.
• נעליים מוארקות. נעליים שבקרקעיתן חלקי מתכת.
• אביזרים המצמידים חוטי מתכת בין הקרסול והרצפה.
• שימוש בריהוט, ריפוד, כלי עבודה, בגדים ונעליים המכילים סיבי פחם ואבקת פחם לשם הולכת המטענים לריצפה מוליכה מיוחדת נגד חשמל סטטי.
• מד הולכה. לאחר ההצטיידות באמצעי הארקה אפשר לעלות על מד הולכה, אשר מודד את הולכת הגוף בסיוע האביזרים השונים. מד ההולכה מוודא שהאביזרים מחוברים נכון ותקינים.

ישנן חברות מיוחדות המספקות ציוד, ריהוט בגדים, אביזרים, כלים וחומרים שכל יעודם הוא מלחמה בחשמל הסטטי.

[עריכה] הסבר מתמטי

כאשר גוף גדול וגוף קטן טעונים במטענים חשמליים שונים, מטענו של הגוף הקטן אינו משפיע משמעותית על הפוטנציאל של הגוף הגדול כתוצאה מהשוואת המטענים ביניהם. הדבר דומה לחפירת בור על שפת הים. כשהבור מתמלא במים עד לגובה פני הים, גובה פני הים מושפע מכך במידה זניחה. לכן מתייחסים לפוטנציאל של הגוף הגדול ביותר שבנמצא (כדור הארץ, ברוב המקרים) כ"אדמה" או כ"פוטנציאל אפס".

כאשר הפוטנציאל c של גוף כדורי בעל רדיוס r הוא:

כמו כן הפוטנציאל v של גוף טעון במטען q ובעל קיבול c נתון לפי הנוסחא:

אם נניח שהגוף המאורק הוא גוף כדורי והגוף השני הוא כדור הארץ כאשר נחבר ביניהם ישתוו הפוטנציאלים שלהם או מבחינה מתמטית :

כאשר הגוף הראשון הוא כדור הארץ בעל רדיוס r₁ וקיבול של c₁ ומטען של q₁
(לאחר שיוויון הפוטנציאלים)

והגוף השני הוא הגוף המאורק בעל רדיוס r₂ וקיבול של c₂ ומטען של q₂
(לאחר שיוויון הפוטנציאלים)

כעת נוכל לומר כי :

וכאן הגענו למסקנה כי יחס המטענים מתחלק בהתאם ליחס הקיבולים ובהתאם ליחס הרדיוסים. לפי הנוסחה הראשונה אנו יודעים כי ככל שהרדיוס גדול יותר כך קיבול הגוף גדול יותר (הרדיוס נמצא במונה) לכן לגוף בעל הרדיוס הגדול יותר יהיה מטען גדול יותר לאחר החיבור.
אם ניקח את כדור הארץ כגוף גדול מאוד ונתייחס לרדיוסו כאל אינסופי r₁

אם נרצה לחשב את מטענו של הגוף השני (הגוף המאורק r2) לאחר החיבור ונשתמש בנוסחאת היחס האחרונה נקבל כי:

מכאן הגענו בצורה מתמטית כי לגוף המאורק לכדור הארץ (לאדמה) יהיה מטען של 0, כלומר הוא יהיה חסר מטען.