Применение сильных электрических полей

Электронноионная технология (ЭИТ)

Характеристика электрических полей. Коронный разряд.

ЭИТ – область электротехнологии в которой используется взаимодействие сильных электрических полей с заряженными и заряженными в них частицами твердого и жидкого вещества и придают им упорядоченного движения.

Рабочим органом в аппаратах ЭИТ является само электрическое поле напряженностью примерно 100 кВ/м (Е=100кВ/м).

Объекты воздействия – частицы размером от доли микрометров до десятков миллиметров (пыль, волокна, различные семена и …).

В сельском хозяйстве ЭИТ используют:

1. Разделение доброкачественных и не доброкачественных семян.

2. Отделение культурных семян от семян сорняков.

3. Отделение семян подсолнечника от лузги, семян пшеницы от спорыньи (черная гадость вылезает в место семян и снова растет).

4. Очистка воздуха от пыли.

5. Нанесение ядохимикатов на семена и растения.

6. Электрическая окраска изделий.

7. Смешивание частей комбикормов.

8. Дозировка семян при посеве (морковь, репа, …).

9. Распыление лекарственных препаратов в животноводческих и птицеводческих помещениях.

10. Предпосевная обработка семян культурных растений.

11. Искусственная аэроионизация.

Характеристики электрических полей.

1. По конфигурации;

2. По наличию или отсутствию объемных зарядов;

3. По роду тока.

По конфигурации: 1. Плоско-параллельные;

2. Трех мерные

Плоско-параллельные – поля, в которых распределение потенциала зависит от расстояния до электродов и при проведении секущей плоскости нормально к их образующим поверхностям. Эквипотенциальные линии имеют вид прямых, параллельных и образующим (поля коаксиальных цилиндров, (цилиндр в цилиндре) поле: провод-плоскость поле: ряд проводов – плоскость).

Плоско-параллельные поля.

П лоско-меридианные поля – поля, образуемые электродами имеющими форму тел с общей осью, например поле между двумя парами, шаром и плоскостью, полем и плоскостью.

Трехмерное поле – поле, образуется сложными степенями электродов (ряд игл над плоскостью, ряд игл между плоскостями).

Основной характеристикой электрического поля является напряженность поля.

Поле в плоском конденсаторе. , В/м;

П оле в коаксиальном цилиндре. .

Коронный разряд возникает в резко неоднородных полях, когда радиус кривизны одного электрода или обоих намного меньше расстояния между электродами. Различают корону переменного и постоянного тока. При постоянном токе корона может быть униполярной, когда один из электродов коронирует и диполярный, когда коронируют оба электрода.

Униполярный коронный разряд может быть положительным если коронирует положительный электрод и отрицательным, когда коронирует отрицательный электрод.

Рассмотрим возникновение коронного разряда в поле провод – плоскость.

При подаче напряжения появляется неравномерное поле и max напряженность поля будет на коронируемом электроде (с меньшим радиусом кривизны) наибольший градиент напряженности – возле электрода.

Под действием этого градиента происходит «разрушение» молекулы газа, идет вынущенная ионизация. Образуются ионы. Под действием этого поля эти ионы движутся в разных направлениях. Противоположно заряженный ион движется к коронируемому электроду с образованием нейтрального атома, а одноименно заряженный ион движется от коронируемого электрода в не электродное пространство, создавая объемный заряд.

В свою очередь, молекулы газа, находящиеся в межэлектродном промежутке поляризуются под действием поля и притягиваются к движущемуся иону.

Комплекс

Начальная напряженность коронного разряда.

- формула Пика.

где δ – относительная плотность воздуха, δ=289·10⁵·Р/Т,

Р – давление, Па;

Т – температура, К;

r₀ – радиус коронируемого электрода.

U₀=E₀·r₀·A, В – начальное напряжение начала короны.

А – функция, зависящая от различных факторов:

1. Система коронируемых электродов.

Коаксиальный цилиндр

Провод – плоскость:

Величина тока (ВАХ) при коронном разряде.

I_l=ε₀·k·G – ток на единицу длины коронируемого электрода.

ε₀ – диэлектрическая проницаемость вакуума 8,85·10^-12 Ф/м.

k – подвижность ионов – отношение средней скорости направленного движения ионов к напряженности поля,

коаксиальный цилиндр

провод – плоскость

Способы зарядки частиц:

1. Ионная;

2. На электроде в электростатическом поле;

3. Совмещенная зарядка.

Ионная зарядка (индукционная). Зарядка пыли, зерна, других частиц.

Ионы, оседающие на частицах создают собственное поле, которое отталкивает приближается к частице другие ионы. Таким образом с течением времени зарядка прекращается и частицы получают max заряд.

Величина заряда зависит от:

З ерно – диэлектрическая частица в поле происходит смещение зарядов, получается диполь, т.е. под действием поля появляется индуктирующий заряд. Со стороны плюса диполя (зерна) притягиваются электроны. Их число зависит от поверхности зерна и главное электроны будут осаждаться на зерне до тех пор, пока созданное ими поле не уравняется с внешним.

Для шара. max заряд.

r - радиус шара;

E – напряженность внешнего поля;

ε_r – диэлектрическая проницаемость частицы (шара).

Для металлического шара.

Если частица не сферическая, эллипс.

- заряд частицы (эллипса) при ориентации её большой полуосью «а» вдоль поля.

d_a и d_b – коэффициенты деполяризации эллипсоида, характеризуют искажения внешнего поля вдоль большой оси d_a и поперечной d_b.

Кинетика зарядки частиц (сферической формы). Изменение заряда во времени.

Обычно заряжается за 0,1 секунды.

Зарядка частицы на электроде в электростатическом поле (короны нет) (контактная зарядка).

Допустим частица – шар из метала. - концентрация на верхней поверхности частицы. (Частица 1) частица полностью заряжается.

Если частица диэлектрическая – на ней разделяется заряд (частица 2).

если частица полупроводниковая, то электроны идут вверх (у нас), а положительные идут вниз и там компенсируется электронами из конденсатора.

При полной зарядке частица она отрывается от одного электрода и передвигается к другому, где снова перезаряжается и идет снова к первому электроду.