1.2. Закон Кулона.

Закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов экспе­ри­ментально был открыт французским физиком Ш.Кулоном в 1785 г. Точечный заряд, как и материальная точка, является физической абстракцией. Если линейные размеры заряженного тела пренебрежимо малы по сравнению с рас­стоянием до других заряженных тел, то его можно считать точечным.

З

Рис.1.1. Силы куло­нов­ского взаимодей­ст­вия зарядов разных знаков.

акон Кулона:сила электростатического взаимодействия двух точеч­ных зарядов q₁ и q₂ в вакууме прямо пропорциональна произведению этих заря­дов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними.

Кулон установил, что силы данной природы - центра­льные, т.е. они направлены вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие заряды. Согласно третьему закону Ньютона силы направлены в противоположные стороны и равны по величине F₁₂=F_21. Если заряды q₁ и q₂ одноименные по знаку, то силы отталкивают заряды; если они разноименные, то заряды притягиваются (рис.1.1). Если заряды поместить в среду (керосин, масло), то эта сила уменьшится в  раз. Она называется относительной диэлек­трической проницаемостью среды, 0. Для воздуха и вакуума =1. В системе единиц СИ закон Кулона записывается для модуля силы Кулона и для вектора силы, где₀=8.8510^-12 Кл²/(Нм²) и называется электрической постоянной. Далее все единицы измерения будут приводиться в Международной системе изме­ре­ния (СИ).

Диэлектрическая проницаемость является важной характеристикой пищевых продуктов. Измеряя ее, можно получить большую информацию о качестве продук­та, оптимальном способе переработки и его хранения. Например, диэлектрическая проницаемость мяса существенно зависит от его жирности. С ростом жирности уменьшается влажность и . Исследованиемолока различной жирности показало, что с ростом последнейлинейно убывает. Таким образом, по величинеможно определить жирность молока. По величинеможно также установить возможные сроки и температурный режим хранения фрук­тов и овощей.

1. 3. Электростатическое поле и его напряженность.

Электрические заряды, находясь, даже на большом расстоянии друг от друга, взаимодейст­вуют между собой. Такое взаимодействие может осущест­вляться только посредством поля, в данном случае - электрического. Каж­дое заря­женное тело окружено таким полем. Если заряженное тело неподвижно, то окружа­ющее его поле называется электростатическим.

Пусть в некоторой точке поля, созданного зарядом q, находится малый точеч­ный положительный заряд q₀ - так называемый «пробный заряд». Пробный заряд должен быть малым, чтобы его собственное поле не искажало поле заряда q. На за­ряд q₀ будет действовать сила F, пропорциональная величине заряда q₀. Сила F не может быть характеристикой поля в данной точке, поскольку она зависит от величины само­го за­ряда и меняется при изменении заряда. Поэтому силовой характеристикой поля для данной точки является отношение F/q₀, которое называется напряженно­стью электрического поля .Вектор численно равен силе, действующей на единичный положитель­ный заряд, помещенный в данную точку поля и направлен в сторону действия силы. Так как согласно закону Кулона, то для поля одиночного зарядаq получим или в векторной форме, где- радиус-вектор, соединяющийq с q₀. Единицей напряженности электрического поля является 1Н/Кл или, как будет показано далее, 1В/м (Вольт на метр), где 1В - единица измерения потенциала электрического поля.

Силовое воздействие электростатического поля на заряженные частицы ши­ро­ко применяется в различных технологических процессах. Например, при элек­трокоп­чении, продукт помещается в электростатическое поле между двух электро­дов, при­чем одним из них может быть сам продукт. Затем в поле поступают заря­женные час­тицы коптильного дыма, которые под действием электростатических сил движутся и осаждаются на продукте. Весь процесс электрокопчения занимает время 2-5 минут и при этом не происходит сушки продукта. Аналогичные процессы происходят при электростатической панировке рыбы. Мука, осажденная на поверхности рыбы силами электростатического поля, дает хо­рошую панировку, повышает качество консервов, значительно снижает расход муки.

В горной, газовой, пищевой и других отраслях промышленности широко при­меняется электросепарирование - разделение твердых или жидких смесей в элек­тростатическом поле. Этим методом осуществляется разделение продуктов помола зерна на фракции, удаление из пищевых продуктов посторонних примесей, очистка подсолнечника, чая, желатина и т.д. Обработанное электростатическим полем зерно обладает повышенными хле­бо­пекарными свойствами. Посредством электростатического поля и специальных сит осуществляется очи­стка мясного фарша от костных и соединительных тканей. После обработки кормовой муки в поле Е=3.610⁵3.910⁵В/м при температу­ре t=1517С в течение часа уничтожаются все вредные микроорганизмы. Дезинфекция оборудования пищевой промышленности также может проводиться элект­ри­ческим полем и при этом не требуется разборка оборудования.