1.4 Енергетичні процеси в електротехнологіях.

Електротехнологію як компонент технології можна представити як технологічний процес, у якому роль робочого органу відіграє електрика. Якщо провести аналогію робочих органів в технології машинобудування, то ними є: різець токарного станка, форма преса, лазерний (монохроматичний) промінь, електрична дуга, полум’я від горіння газу, високочастотне ЕМП для локального нагріву деталей при гартуванні тощо. В цьому переліку неважко побачити місце електротехнологій.

Взаємодія робочого органу із об’єктом природи (об’єктом технології, сировиною) може відбуватися тільки під дією енергії, яку віддає робочий орган об’єкту технології (сировинні) для отримання в ньому відповідних змін. Різець токарного станка відділяє від заготовки стружку, долаючи опір матеріалу заготовки (сировини).

За рахунок затрачуваної енергії електричне поле у процесі електролізу переміщує атоми (іони) до електроду, лазерний промінь виплавляє смужку металу, розрізаючи заготовку. Методологічно це означає, що об’єкт технології (сировина, заготовка тощо) зазнали змін і набули бажаного людині змісту, структури, виду, вигляду тощо. Наприклад: вода перетворена в пар, льод, чи у важку воду; мідяна руда перетворена у бруски міді, стальна заготовка обточена і набула форми і якості осі для обертової деталі машини, або плунжера паливного насоса дизельного двигуна, є результатом видозмін, які виконав робочий орган технології за рахунок підведеної ним до об’єкту технології енергії. Енергія приводить у дію робочий орган технології, внаслідок чого виконується робота. Ця робота, що здійснюється робочим органом, видозмінює об’єкт природи (сировину, заготовку). Робочий орган – електрична дуга з’єднала дві деталі, чи порізала заготовку на частини. В електролізі електричне поле призвело до дисоціації та транспортування окремих металевих компонентів складної речовини.

Дещо складніше визначити робочий орган в хімічній технології. Тут треба поставити питання вужче – що є побудженням хімічної реакції? Електроліз можна теж в певній мірі вважати хімічною реакцією. Проте побудженням до переміщення іонів в даному випадку є сила кулона, яка у своїй першопричині має різницю потенціалів, тобто електричне поле. Отже в технологіях, де видозміна об’єктів природи здійснюється хімічним шляхом, технології можуть класифікуватися згідно причин, хімічних реакцій. Ними можуть бути термічні процеси, перемішування, диспергування, дія реагентів тощо. Отже в цьому випадку робочим органом є збудник, першопричина реакцій, що забезпечує підвід енергії, яка йде на відповідні перетворення та зміни об’єкту природи (об’єкту технології, сировини, заготовки тощо).

Слово „електротехнологія” виникло спершу для позначення всіх випадків застосування електроенергії в технологічних процесах, окрім тих, де ця енергія попередньо перетворюватись у механічну за допомогою електродвигуна, який приводив в дію механічний чи інший робочий орган. І навіть до початку нашого століття термін „електротехнологія“ вживався в однині. Тобто все, що пов’язано з перетворенням електричної енергії в інші види, не за допомогою електродвигуна, було електротехнологією.

Така невизначеність термінів, яка була зумовлена механічним перенесенням понять із одних компонентів технологій на інші, які мали відмінну від електрики фізичну основу негативно впливали на сам процес практичного застосування науково-технічних досягнень творчої думки. В дослідженнях закономірностей науково-технічного прогресу такий процес називають „тиранією слова”.

Під „словом” тут слід розуміти назву повного процесу, явища чи закономірності, які позначенні застарілим терміном. Наприклад в електрокалорифері, який установлений для обігріву тваринницької ферми електроенергія перетворюється у теплову. Остання забезпечує продуктивну технологію утримання тварин. З одного боку отримання тепла електричним способом є електротехнологією. З іншого – тепло в приміщенні тваринницької ферми є уже компонентом утримання тварин. А якщо той самий електронагрівач (скажімо ТЕН) тільки дещо з іншими параметрами встановлено печі для гартування деталей машин, то отримане тепло в даному випадку забезпечує технологічний процес нагріву та гартування цих деталей. Хоча і в одному і в другому випадку джерелом теплової енергії є електрична енергія. У цих наведених вище приклада доцільно говорити про електротермічні технології нагрівання тих чи інших об’єктів (приміщень, сировини, деталей тощо).

Отже електротехнологією можна розглядати як самий процес перетворення електричної енергії в інші види енергії, яка використовується в технології отримання потрібного людині матеріального чи іншого продукту.

На даний час в технологічних процесах всіх сфер життєдіяльності людей (матеріальній, спеціальній, духовно – культурній та ін.) використовуються такі види енергії: механічна, термічна, електромагнітна, радіаційна, біологічна, хімічна, радіоактивна та ін.

Не беручи до уваги перетворення електричної енергії у механічну за допомогою електродвигунів, яке з самого початку було відмежованим від електротехнології, розглянемо приклади безпосереднього перетворення електричної енергії у вказані вище види енергії:

• механічна – в п’єзоелементах та магнітострикційних матеріалах;

• термічна – в резисторах, мікрохвильових печах тощо;

• електромагнітна перетворення одного виду електротехнології в інший – радіопередаючих пристроях і системах;

• радіаційна – випромінювання інфрачервоні, ультрафіолетові, світлові, рентгенівські та інші, які використовуються в технологічних процесах;

• біологічна – в електростимуляторах біологічних об’єктів (тварин та частин їх органів, рослин, насіння рослин, грунту тощо).

Ці ефекти дії електрики є загальними і вказані без врахування параметрів (характеристик) електромагнітного поля, хоча різні електротехнології в галузях АПК створюються і розвиваються на пошуку і застосуванні різних параметрів діючого на об’єкти технології електромагнітного поля. При цьому зазначимо, під терміном „дія електромагнітного поля” в обсязі даної роботи розумітимемо дію на об’єкт технології будь якого відомого на даний час прояву електрики – від постійного струму до рентгенівського випромінювання.

На даний час можна назвати варіанти електротехнологій в АПК, які побудовані на таких ефектах:

1. Отримання прісної води шляхом електродіалізу, який являє собою перенесення іонів під дією електричного поля через іоноселективні мембрани, які мають нерухомі, фіксовані іони.

2. Розсолення ґрунтів за допомогою постійного електричного струму.

3 Електроплазмоліз рослинної сировини при висушуванні на корм.

5. Електроімпульсна та електророзрядна обробка: обеззараження рідинних середовищ, подрібнення і стерилізація матеріалів, електропастухи тощо.

6. Електрогідравлічні технології: подрібнення матеріалів, очистка та миття матеріалів, знищення колоній шкідливих бактерій у воді та розчинах, дезинфекція та дезинсекція рослинних та інших об’єктів технології.

7. Електростимулювання процесів життєдіяльності тварин різними електромагнітними (в тому числі оптичними) опроміненнями.

8. Електростимулювання культурних рослин у процесі догляду за ними.

9. Електромагнітне отримання інформації від тварин та рослин про їх біологічний стан та життєдіяльність.

10. Електролікування тварин.

11. Електрорекультивація ґрунтів.

12. Електростимулювання насіння культурних рослин перед посівом електромагнітним полем: електростатичним, електростатичним із об’ємним зарядом, високої та надвисокої частоти, радіаційне та світлове опромінення тощо.

13. Електросепарування насіння електростатичним полем без об’ємного заряду. полем коронного розряду, електричними полями із змінним градієнтом напруженості.

14. Штучна іонізація повітря у сховищах рослинної сировини та приміщеннях для отримання тварин і птахів.

На особливу увагу заслуговують енергетичні перетворення в живих рослинних організмах у процесі електромагнітних дій на них.

Для збереження і доведення до врожаю закладених генотипом кількісних та якісних показників рослині пробують надавати додаткову енергію. Стимулюючий вплив електромагнітного поля на біологічні процеси у живій рослині. Це зумовлено тим, що коли інформаційна програма, яка задає порядок взаємодії рослини із середовищем її життя, „продиктує” такий режим її життя, який неспроможне забезпечити середовище (кількість споживних речовин у ґрунті, обсяг сонячної радіації яка припадає на рослину, грунтово кліматичний режим та ін.), то це грозить загибелі цієї рослини. А коли „потребу” рослини зменшити до мінімальних потреб її життєзабезпечення, то, по перше, рослина зекономить внутрішню біологічну енергію, яка компенсує потреби життя в разі неможливості „взяти” її від середовища (ґрунту), і, по друге, не ризикуватиме попасти у „катастрофу” надмірно „розкішного” життя, яке не може забезпечити середовище. Отже рослина хоч і „нидіє”, зате надійно живе, впевнено виживає.

Селекція культурних рослин полягає в створенні природних умов (висока продуктивність ґрунтів, відбір найбільш виповнених насінин тощо) забезпечує отримання технологічно якісних сортів (біологічних різновидів) рослин, які з одиниці площі ріллі дають економічно доцільний врожай. Але репродуктивні можливості цих якостей „гасяться” тим же законом збереження виду. Щоб „знешкодити” вплив цього закону на продуктивність насіння його перед висіванням в ґрунт стимулюють. У загальному випадку стимулювання (енергією тепловою, хімічною і біохімічною, електромагнітною, радіаційною, тощо) полягає в наданні насінню додаткової енергії, яку воно мало би отримати від ґрунту.

Як і у прикладі з водою, питання формулювання визначень електротехнологій полягає не в тому, яку енергію підводять до об’єкту технології, а в тому, яку енергію цей об’єкт сприймає. Отже при стимулюванні насіння поняття „електротехнологія” означає, що процес впливу на біологічні процеси в насінні здійснюється безпосередньо електрикою.