הארקה

		ערך זה זקוק לעריכה: הסיבה לכך היא: עיקר וטפל, חזרות.
		אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. אם אתם סבורים כי אין בדף בעיה, ניתן לציין זאת בדף השיחה.	עריכה

סימון של הארקה

תיבת חיבורי הארקה

הארקה היא חיבור חשמלי מלאכותי בין גוף מוליך, שבאופן טבעי מבודד חשמלית מכדור הארץ, לבין כדור הארץ. תוצאת ההארקה היא כי הגוף המוארק יימצא באותו פוטנציאל חשמלי בו נמצא כדור הארץ באזור ההארקה. מקור המילה "הארקה" מארמית אַרְקָא – ארץ, ומשמעותו "חיבור לארץ" או "חיבור לאדמה".

שימוש

ההארקה מחוברת לגופים מתכתיים עליהם לא אמור להימצא מתח חשמלי אלא במקרה תקלה, ומטרתה להגן על אדם הנוגע בגוף, או על מכשיר אלקטרוני עדין המחובר לגוף, מפני זרם חזק. במקרה תקלה בה ייווצר מגע בין מוליך חשמלי כלשהו לגוף המתכתי, הארקה תקינה תוליך כל זרם שיווצר במסלול בטוח אל האדמה, ואף תפעיל אמצעי הגנה אחרים אם קיימים במערכת.

אופן פעולה

חיבור הארקה לקרקע

הארקה מתבצעת על ידי החיבור חשמלי מלאכותי בין גוף מוליך לכדור הארץ באמצעות תווך מוליך, והוא גורם לכך שמטען חשמלי ינוע בחופשיות בין הגוף לבין האדמה. כיוון שהפרש פוטנציאלים חשמליים גורם למטענים חשמליים לנוע 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 יימצא באותו פוטנציאל חשמלי בו נמצא כדור הארץ באזור ההארקה.

הצטברות חשמל סטטי

כאשר קיים הפרש פוטנציאלים משמעותי בין שני גופים המבודדים זה מזה מבחינה חשמלית, לדוגמה בגלל הצטברות חשמל סטטי, עלולה להתרחש פריצת מתח דרך האוויר בצורת ניצוץ. דוגמה לכך היא ברק, הנובע מהתפרקותו של מטען חשמלי סטטי שהצטבר בין שני עננים או בין ענן לבין כדור הארץ. ככלל, כאשר נוצר שדה חשמלי גדול דיו 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, משתמשים בכליא ברק, התקן הגנה המיועד כביכול ל"כליאת" הברק. כליא הברק הוא גוף מתכתי מוארך הבולט מטרים ספורים מעל המתקן שעליו הוא מיועד להגן, וקצהו התחתון מוארק או טמון בעומק האדמה. ברק שיפגע במבנה או במתקן יקצר את דרכו לאדמה בדרך ה"נוחה" יותר מבחינה חשמלית, ויעביר את מטענו דרך כליא הברק, מבלי לגרום נזק למבנה המוגן על ידו. לעומת זאת אדם הנמצא בשדה חשוף בשעת סערת ברקים עלול להיפגע, 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 לעתים 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 מחויבים 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.

פתרונות

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 אלקטרוניים 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 לרצפה 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 פריקת החשמל הסטטי.

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".

הוכחה

הקיבול c של גוף כדורי בעל רדיוס r הוא: $\ c =\frac{r}{k}$.

כמו כן, הפוטנציאל של גוף טעון במטען q ובעל קיבול c נתון לפי הנוסחה: $\ v =\frac{q}{c}$.

נניח מספר הנחות:

• הגוף המוארק הוא גוף כדורי והגוף השני הוא כדור הארץ.
• הגוף הראשון הוא כדור הארץ בעל רדיוס $\ r_1$ וקיבול של $\ c_1$ ומטען של $q_1$ (לאחר שוויון הפוטנציאלים).
• הגוף השני הוא הגוף המוארק בעל רדיוס r₂ וקיבול של c₂ ומטען של q₂ (לאחר שוויון הפוטנציאלים).

כיוון שהפוטנציאלים משתווים לאחר חיבור הגופים (עד שלא יהיה שוויון פוטנציאלים תהיה תנועת מטענים), נוכל לומר כי:

$v_1 = v_2 \to \frac{q_1}{c_1} = \frac{q_2}{c_2} \to \frac{q_1}{q_2} = \frac{c_1}{c_2} \to \frac{q_1}{q_2} = \frac{\left( \frac{r_1}{k} \right)}{\left( \frac{r_2}{c_k} \right)} \to \frac{q_1}{q_2} = \frac{r_1}{r_2}$

כלומר, הגענו למסקנה כי יחס המטענים הוא כיחס הקיבולים ויחס הרדיוסים. לפי הנוסחה הראשונה אנו יודעים כי ככל שהרדיוס גדול יותר כך קיבול הגוף גדול יותר, ולכן הגוף בעל הרדיוס הגדול יותר יהיה בעל מטען גדול יותר לאחר החיבור.

אם ניקח את כדור הארץ כגוף גדול מאוד ונתייחס לרדיוסו $\ r_1$ כאל אינסופי, ונרצה לחשב את מטענו של הגוף השני שמוארק לאחר החיבור, נשתמש בנוסחת היחס האחרונה, ונקבל כי

$\ \frac{q_1}{q_2} = \frac{r_1}{r_2} \to q_2 = \frac{r_2 \cdot q_1}{r_1} \to q_2 = \frac{r_2 \cdot q_1}{\infty} \to 0$

מכאן הגענו בצורה מתמטית כי לגוף המוארק לכדור הארץ (לאדמה) יהיה מטען של 0, כלומר הוא יהיה חסר מטען. חשוב לציין שבמקרים אחרים, בהם על הגוף המוארק פועלים כוחות חשמליים אחרים, יש לבדוק את השפעתם של אלו על הגוף יחד עם ההארקה. במקרים אלו מטען הגוף המוארק לאחר החיבור לא בהכרח יתאפס.

קישורים חיצוניים

מיזמי קרן ויקימדיה
תמונות ומדיה בוויקישיתוף: הארקה

• הארקת שיטה
• הארקת הגנה
• הארקת יסוד